本發(fā)明涉及一種鋁合金材料及其制備方法，尤其是一種壓鑄鋁合金散熱器專用鋁合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)散熱器多為鑄鐵和鋼制兩種材質(zhì)形式，其導熱性能差、重量重、體積大、而且散熱表面積小，散熱效率低，為了增加散熱量，往往通過增加散熱單元的數(shù)量來增加散熱表面積，這樣不僅需增加成本，而且增加了散熱器的體積，導致安裝散熱器的空間也必須增加，另外鑄鐵制成的散熱器表面粗糙，表面處理難度大，鋼鐵制成的散熱器焊點多，損耗大，生產(chǎn)效率低，兩者的外觀形狀差，產(chǎn)品檔次低，容易被腐蝕，使用壽命不長。因此，開發(fā)出整體很輕，選用方便，適應(yīng)性強，性價比良好的鋁合金材質(zhì)形式的散熱器，其外觀立體感強，表面電涂噴塑后細膩光潔，新穎美觀，具有獨特的結(jié)構(gòu)美感，并具有良好的傳熱性能，優(yōu)于傳統(tǒng)鑄鐵和鋼制散熱器，但是其在生產(chǎn)、銷售、使用過程中仍存在以下不足，需進一步研究解決：
1、隨終端市場銷售價格的不斷下調(diào)，其產(chǎn)品單片重量已成各產(chǎn)品市場競爭的核心，所以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)材料的超簿翼片壓鑄鋁合金散熱器已迫在眉睫；
2、壓鑄鋁合金散熱器其主導散熱方式為對流，其鋁材材質(zhì)性能和設(shè)計結(jié)構(gòu)能否可以由壓鑄工藝完成，已成為壓鑄鋁合金散熱器發(fā)展的重要瓶頸；
3、散熱器在使用過程中，長期處于高壓狀態(tài)，產(chǎn)品材質(zhì)的抗壓性能是本產(chǎn)品的重要指標之一；
4、產(chǎn)品壓鑄過程中液態(tài)鋁合金材質(zhì)的流動性和整體成型的完整性、表面的光潔度、加工可塑性、抗拉強度、相互牽扯而出現(xiàn)反復循環(huán)的熱應(yīng)力均能影響壓鑄鋁合金散熱器的產(chǎn)品質(zhì)量；
5、產(chǎn)品在壓鑄成型后開模過程中因毛坯迅速冷卻導致變形嚴重，嚴重影響其成品外觀和后序的加工。
然而，現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)散熱器用的壓鑄鋁合金牌號為ADC12(ADC12為日本鋁合金牌號，又稱12號鋁料，Al-Si-Cu系合金，是一種壓鑄鋁合金，ADC12相當于中國國產(chǎn)的合金代號YL113，合金牌號是YZAlSi11Cu3)，其各元素含量為：ADC12含鋁(Al)余量，銅(Cu)1.5％～3.5％，硅(Si)9.6％～12.0％，鎂(Mg)≤0.3％，鋅(Zn)≤1.0％，鐵(Fe)≤1.3％，錳(Mn)≤0.5％，鎳(Ni)≤0.5％，錫(Sn)≤0.3％，鈣(Ca)≤200ppm，鉛(Pb)≤0.1％，鎘(Cd)≤0.005％。
國外生產(chǎn)壓鑄鋁合金的牌號為EN-AB46100，其各元素含量為：EN-AB46100含鋁(Al)余量，銅(Cu)1.5％～2.5％，硅(Si)10.0％～12.0％，鎂(Mg)≤0.3％，鋅(Zn)≤1.7％，鐵(Fe)≤0.45％～1.0％，錳(Mn)≤0.55％，鎳(Ni)≤0.45％，錫(Sn)≤0.25％，鈣(Ca)≤200ppm，鉛(Pb)≤0.25％，鎘(Cd)≤0.005％。
在生產(chǎn)技術(shù)和工藝方面，我國壓鑄鋁合金采暖散熱器的廠家眾多，水平差異較大，但普遍存在的問題有鋁合金元素差異大、產(chǎn)品壓鑄過程中側(cè)翼片成型不好，廢品率高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的是為了提供一種通過優(yōu)化鋁合金中硅、鎂、鐵、銅、鋅的含量，促使鋁合金在散熱器中的深腔薄壁壓鑄件成型容易、粘模減少、耐蝕性能增強，并在鋁合金中添加稀土元素和鋯元素，去除有害元素和氣體，純凈鋁液，提高其強度、塑性以及耐壓性的一種壓鑄鋁合金散熱器專用鋁合金材料，以及該鋼鋁復合型散熱器專用鋁合金材料的制備方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種壓鑄鋁合金散熱器專用鋁合金材料，該材料的組分和質(zhì)量百分比為：Si：9.0％～9.4％，Cu：0.5％～0.75％，Mg：0.35％～0.42％，Mn：0.1％～0.25％，Sn：0.01％～0.023％，Ni：0.03％～0.05％，Ti：0.07％～0.1％，Zn：0.9％～1.2％，F(xiàn)e：0.9％～1.0％，Pb：0.03％～0.04％，Hg：0.0025％～0.003％，Cd：0.001％～0.0015％，稀土元素RE：0.002％～0.025％，Zr：0.15％～0.20％，余量為Al。
優(yōu)選地，上述的一種壓鑄鋁合金散熱器專用鋁合金材料，其中所述稀土元素RE為單一稀土元素或混合稀土元素。
優(yōu)選地，上述的一種壓鑄鋁合金散熱器專用鋁合金材料的制備方法，其包括如下步驟：
第一步：在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，或者中間合金的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料；
第二步：往熔煉爐中加入適量的鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并保溫；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；
第三步：按配方比例先加入Mg、Mn、Sn、Ni、Ti、Zn、Fe、Hg、Zr純金屬或Al-Mg、Al-Mn、Al-Sn、Al-Ni、Al-Ti、Al-Zn、Al-Fe、Al-Hg、Al-Zr中間合金，攪拌均勻后再加入Cu、Cd純金屬或Al-Cu、Al-Cd中間合金，再加入Si、Pb和稀土元素RE，攪拌均勻；
第四步：對上述合金熔體進行爐內(nèi)精煉，精煉后進行保溫并壓鑄，進一步進行清理除渣、時效、鈍化等處理，獲得新型Al合金，并對獲得的新型Al合金進行物相分析、組織觀察和性能檢測。
本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)硅是改善液態(tài)鋁合金流動性的主要元素，從共晶到過共晶都能得到好的流動性，但結(jié)晶后析出的硅較粗大，易形成硬點，延伸率降低，切削性變差；鎂可提高產(chǎn)品的防腐性、抑制晶粒間的腐蝕，鋁鎂合金的耐蝕性好，因此ADC5、ADC6是耐蝕性合金，但其凝固范圍較大，易產(chǎn)生的熱脆性，使壓鑄件產(chǎn)生裂紋和疏松，難以壓鑄成型。該技術(shù)方案在高硅鋁合金中加入適當鎂的量，使其既提高鋁合金的耐腐蝕性能又不產(chǎn)生熱脆性。
壓鑄鋁合金中鐵含量較低時不易脫模，造成模具使用壽命降低，隨著含鐵量的增加粘?，F(xiàn)象減少，但含鐵量太高，會生成針狀金屬化合物FeAl3，雖然壓鑄冷速快，析出的晶體很細，對性能影響不大，但給后序機械加工過程中會出現(xiàn)瞬間跳刀現(xiàn)象，并且當含鐵量高時，會降低合金流動性，損害鑄件的品 質(zhì)，縮短壓鑄設(shè)備中金屬組件的壽命。
在鋁合金中加入一定量的銅，可以明顯提高合金的強度與硬度，但Al-Cu化合物相的析出，壓鑄成型后會收縮，繼而膨脹，使鑄件尺寸不穩(wěn)定，若含有雜質(zhì)鋅，高溫脆性大，但與汞形成強化相HgZn2則對合金產(chǎn)生明顯強度作用。
該技術(shù)方案通過對鋁合金中含硅、鎂、鐵、銅等含量的優(yōu)化，使鋁合金流動性提高，耐腐蝕性增加，不粘模具，同時不降低鋁合金的強度，塑性和壓鑄性能。
(2)在鋁合金中添加一定量的稀土元素RE和鋯(Zr)元素可以細化晶粒，去除有害元素和氣體，純凈鋁液，提高其強度、塑性以及耐壓性，并通過加入稀土元素RE和鋯(Zr)后，對鋁合金組織、性能的變化分析，確定最佳加入量。
具體實施方式
為使對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達成的功效有更進一步的了解和認識，用以較佳的實施例詳細的說明，說明如下：
壓鑄鋁合金中各元素的作用和影響如下：
1.硅(Si)
硅是大多數(shù)壓鑄鋁合金的主要元素。它能改善合金的鑄造性能。硅與鋁能組成固溶體，在577℃時，硅在鋁中的溶解度為1.65％，室溫時為0.2％、含硅量至11.7％時，硅與鋁形成共晶體，提高合金的高溫造型性，減少收縮率，無熱裂傾向，二元鋁基合金有高的耐蝕性，當合金中含硅量超過共晶成分，而銅、鐵等雜質(zhì)又多時，即出現(xiàn)游離硅的硬質(zhì)點，使切削加工困難，高硅鋁合金對鑄件坩堝的熔蝕作用嚴重。
2.銅(Cu)
銅和鋁組成固溶體，當溫度在548℃時，銅在鋁中的溶解度應(yīng)為5.65％，室溫時降至0.1％左右，增加含銅量，能提高合金的流動性，抗拉強度和硬度，但降低了耐蝕性和塑性，熱裂傾向增大。
3.鎂(Mg)
在高硅鋁合金中加入少量(約0.2～0.3％)的鎂，可提高強度和屈服極限，提高了合金的切削加工性。含鎂8％的鋁合金具有優(yōu)良的耐蝕性，但其鑄造性能差，在高溫下的強度和塑性都低，冷卻時收縮大，故易產(chǎn)生熱裂和形成疏松。
4.鋅(Zn)
鋅在鋁合金中能提高流動性，增加熱脆性，降低耐蝕性，故應(yīng)控制鋅的含量在規(guī)定范圍中。至于含鋅量很高的ZL401鋁合金卻具有較好的鑄造性能和機械性能，切削加工也比較好。
5.鐵(Fe)
在所有鋁合金中都含有害雜質(zhì)。因鋁合金中含鐵量太高時，鐵以FeAl3、Fe2Al7和Al-Si-Fe的片狀或針狀組織存在于合金中，降低機械性能，這種組織還會使合金的流動性減低，熱裂性增大，但由于鋁合金對模具的粘附作用十分強烈，當鐵含量在0.6％以下時尤為強烈。當超過0.6％后，粘?，F(xiàn)象便大為減輕，故含鐵量一般應(yīng)控制在0.6～1％范圍內(nèi)對壓鑄是有好處的，但最高不能超過1.5％。
6.錳(Mn)
錳在鋁合金中能減少鐵的有害影響，能使鋁合金中由鐵形成的片狀或針狀組織變?yōu)榧毭艿木w組織，故一般鋁合金允許有0.5％以下的錳存在。含錳量過高時，會引起偏析。
7.鎳(Ni)
鎳在鋁合金中能提高合金的強度和硬度，降低耐蝕性。鎳與鐵的作用一樣，能減少合金對模具的熔蝕，同時又能中和鐵的有害影響，提高合金的焊接性能。當鎳含量在1～1.5％時，鑄件經(jīng)拋光能獲得光潔的表面。由于鎳的來源缺乏，應(yīng)盡量少采用含鎳的鋁合金。
8.鈦(Ti)
鋁合金中加入微量的鈦，能顯著細化鋁合金的晶粒組織，提高合金的機械 性能，降低合金的熱裂傾向。
該技術(shù)方案鑒于上述各元素對鋁合金的作用和影響，提供一種壓鑄鋁合金散熱器專用鋁合金材料，該材料的組分和質(zhì)量百分比為：Si：9.0％～9.4％，Cu：0.5％～0.75％，Mg：0.35％～0.42％，Mn：0.1％～0.25％，Sn：0.01％～0.023％，Ni：0.03％～0.05％，Ti：0.07％～0.1％，Zn：0.9％～1.2％，F(xiàn)e：0.9％～1.0％，Pb：0.03％～0.04％，Hg：0.0025％～0.003％，Cd：0.001％～0.0015％，稀土元素RE：0.002％～0.025％，Zr：0.15％～0.20％，余量為Al。
其中稀土元素RE為單一稀土元素或混合稀土元素。
硅從共晶到過共晶都能得到好的流動性，但結(jié)晶后析出的硅較粗大，易形成硬點，延伸率降低，切削性變差；鎂可提高產(chǎn)品的防腐性、抑制晶粒間的腐蝕，鋁鎂合金的耐蝕性好，因此ADC5、ADC6是耐蝕性合金，但其凝固范圍較大，易產(chǎn)生的熱脆性，使壓鑄件產(chǎn)生裂紋和疏松，難以壓鑄成型。該技術(shù)方案在高硅鋁合金中加入適當鎂的量，使其既提高鋁合金的耐腐蝕性能又不產(chǎn)生熱脆性。
壓鑄鋁合金中鐵含量較低時不易脫模，造成模具使用壽命降低，隨著含鐵量的增加粘?，F(xiàn)象減少，但含鐵量太高，會生成針狀金屬化合物FeAl3，雖然壓鑄冷速快，析出的晶體很細，對性能影響不大，但給后序機械加工過程中會出現(xiàn)瞬間跳刀現(xiàn)象，并且當含鐵量高時，會降低合金流動性，損害鑄件的品質(zhì)，縮短壓鑄設(shè)備中金屬組件的壽命。
在鋁合金中加入一定量的銅，可以明顯提高合金的強度與硬度，但Al-Cu化合物相的析出，壓鑄成型后會收縮，繼而膨脹，使鑄件尺寸不穩(wěn)定，若含有雜質(zhì)鋅，高溫脆性大，但與汞形成強化相HgZn2則對合金產(chǎn)生明顯強度作用。
該技術(shù)方案通過對鋁合金中含硅、鎂、鐵、銅等含量的優(yōu)化，使鋁合金流動性提高，耐腐蝕性增加，不粘模具，同時不降低鋁合金的強度，塑性和壓鑄性能。
另外，在鋁合金中添加一定量的稀土元素RE和鋯(Zr)元素可以細化晶粒，去除有害元素和氣體，純凈鋁液，提高其強度、塑性以及耐壓性，并通過 加入稀土元素RE和鋯(Zr)后，對鋁合金組織、性能的變化分析，確定最佳加入量。
另外，該鋼鋁復合型散熱器專用鋁合金材料的制備方法，其包括如下步驟：
第一步：在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，或者中間合金的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料；
第二步：往熔煉爐中加入適量的鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并保溫；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；
第三步：按配方比例先加入Mg、Mn、Sn、Ni、Ti、Zn、Fe、Hg、Zr純金屬或Al-Mg、Al-Mn、Al-Sn、Al-Ni、Al-Ti、Al-Zn、Al-Fe、Al-Hg、Al-Zr中間合金，攪拌均勻后再加入Cu、Cd純金屬或Al-Cu、Al-Cd中間合金，再加入Si、Pb和稀土元素RE，攪拌均勻；
第四步：對上述合金熔體進行爐內(nèi)精煉，精煉后進行保溫并壓鑄，進一步進行清理除渣、時效、鈍化等處理，獲得新型Al合金，并對獲得的新型Al合金進行物相分析、組織觀察和性能檢測。
以上所述技術(shù)方案所獲得的該新型鋁合金材料性能數(shù)據(jù)如下：
1、鋁合金拉伸強度(均值，下同)：228Mpa
2、硬度：74.1HB
3、延伸率：1.4％
4、產(chǎn)品金屬熱強度：≥1.8W/kg·k
5、產(chǎn)品工作壓力：≤1.2MPa
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。