一種鋁合金及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種鋁合金及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 鋁合金加工性能好，尤其是亞共晶鋁硅合金，不僅加工性能好，而且比重輕，表面 美觀且耐腐蝕，鑄造性能好，制品綜合力學性能好，熱處理后強度可以大幅度提高，是優良 的鑄造鋁合金，可用于制作形狀復雜的部件，在許多領域中得到廣泛應用。隨著電子產品向 輕薄化和多功能化的方向發展，對散熱性能的要求越來越高，因此，高熱導率鑄造鋁合金具 有重要的應用前景。
[0003] 電子產品通常需要復雜精密的結構件，因此壓鑄合金成為常用的結構件。然而，目 前最常用的壓鑄鋁合金是ADC12,該合金具有良好的鑄造性能、機械強度及耐蝕性能，因此 得到廣泛應用。但該合金的熱導率較低，只有92WAm·K)，不能滿足現有電子產品散熱要 求。
[0004] 綜上，開發一種既具有優良的機械性能又具有高導熱系數的鑄造鋁合金具有重要 應用價值。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種鋁合金，該鋁合金不僅具有良好的綜合機械性能，而 且具有高的導熱性能。
[0006] 根據本發明的第一個方面，本發明提供了一種鋁合金，以該鋁合金的總量為基準， 以重量百分比計，該鋁合金含有以下元素：
[0009] 根據本發明的第二個方面，本發明提供了一種鋁合金，以該鋁合金的總量為基準， 以重量百分比計，該鋁合金含有以下元素：
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[0011]
[0012] 根據本發明的第三個方面，本發明提供了一種鋁合金的制備方法，該方法包括將 鋁合金原料先后進行熔煉和鑄造，其中，所述鋁合金原料的組成使得得到的鋁合金為本發 明提供的鋁合金。
[0013] 根據本發明的第四個方面，本發明提供了所述鋁合金作為導熱結構材料的應用。
[0014] 本發明提供的鋁合金顯示出良好的綜合機械性能，不僅具有較高的強度和硬度， 而且具有較高的延伸率，同時還具有良好的鑄造性能。本發明的鋁合金通過壓鑄工藝能夠 被加工成具有各種形狀和厚薄的結構元件。更重要的是，本發明提供的鋁合金具有良好的 導熱性能，導熱系數一般為llOWAm·K)以上，優選條件下能夠達到130WAm·K)以上，甚 至能夠達到140WAm·K)以上。
[0015] 本發明提供的鋁合金適于作為對導熱性能要求較高的結構材料，特別是作為電子 產品的結構件。
【具體實施方式】
[0016] 根據本發明的鋁合金，以該鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，該鋁合金含有 以下元素：
[0019] 本發明的鋁合金含有硅元素（Si)。硅元素的主要作用是改善鋁合金的流動性，此 外，硅晶粒的化學穩定性好且具有較高的硬度（HV870-1050)，隨鋁合金中硅元素含量的增 加，能夠提高合金的抗拉強度及硬度，使鋁合金具有比純鋁更高的耐蝕性和耐磨性。但是， 鋁合金中硅元素含量過高時，對鋁合金的導熱性能產生不利影響。根據本發明的鋁合金，以 鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，硅元素的含量為4-9%，優選為5-7%。
[0020] 本發明的鋁合金含有銅元素（Cu)。銅元素在鋁合金中主要用于改善機械強度及 抗腐蝕性能。Cu加入到Al-Si合金中會形成α固溶體、CuA12和Si相。α相分別與CuA12 和Si構成兩相共晶體，同時這三個相又可共同構成三相共晶體。當銅作為強化相固溶于鋁 基體中或以顆粒狀化合物存在時，可顯著提高鋁合金的強度和硬度。但是，過量銅會降低鋁 合金的導熱性能。根據本發明的鋁合金，以鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，銅元素 的含量為0.5-1. 5重量％。
[0021] 本發明的鋁合金含有鐵元素（Fe)。鐵最主要的有益作用是減少粘模，與Si和A1 形成Al-Si-Fe系晶析物，有助于分散強化。以鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，鐵元 素的含量為〇. 3%以上時，可以發揮上述效果。優選地，以鋁合金的總量為基準，以重量百分 比計，鐵元素的含量為〇. 5%以上。但是，在鐵元素的含量過高時，則會對鋁合金的機械性 能和導熱性能產生不利影響。根據本發明的鋁合金，以鋁合金的總量為基準，以重量百分比 計，鐵元素的含量為1%以下，優選為0.9%以下。
[0022] 在鋁合金中添加稀土元素（RE)可以細化晶粒，減少氣體和夾雜，改善流動性和鑄 造工藝性。根據本發明的鋁合金優選含有稀土元素。一般地，以鋁合金的總量為基準，以 重量百分比計，稀土元素的含量為0. 01 %以上。但是，在鋁合金中稀土元素的含量過高時， 會對鋁合金的機械強度和導熱性能產生不利影響。根據本發明的鋁合金，以鋁合金的總 量為基準，以重量百分比計，稀土元素的含量為0. 1 %以下，優選為0. 08%以下，更優選為 0.05%以下。本發明對于所述稀土元素的種類沒有特別限定，所述稀土元素可以為Y、Sc、 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一種或兩種以上。
[0023] 在鋁合金中引入少量鎂（Mg)可以細化晶粒，顯著提高合金強度、硬度，減少粘模 的傾向，使壓鑄件表面光滑。根據本發明的鋁合金優選含有鎂元素。一般地，以鋁合金的總 量為基準，以重量百分比計，鎂元素的含量為0.05%以上，優選為0. 1%以上。但是，過量鎂 元素的存在會明顯降低鋁合金的導熱性能。根據本發明的鋁合金，以鋁合金的總量為基準， 以重量百分比計，鎂元素的含量為0. 5 %以下，優選為0. 4%以下。
[0024] 在鋁合金中引入少量鍶元素（Sr)和/或鈦元素（Ti)可以起到細化晶粒的作用， 改善鋁合金的塑性變形能力。根據本發明的鋁合金優選含有鍶元素和/或鈦元素。一般地， 以鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，鍶元素的含量為〇. 005%以上，優選為0. 01%以 上。以鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，鍶元素的含量為0. 05%以下，優選為0. 03% 以下，更優選為0.02%以下。以鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，鈦元素的含量為 0. 05%以上，優選為0. 1 %以上。以鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，鈦元素的含量為 0. 3%以下，優選為0. 2%以下。
[0025] 在鋁合金中引入少量硼元素（B)也可以起到細化晶粒的作用，同時還能進一步改 善鋁合金的導熱性能。根據本發明的鋁合金優選含有硼元素。一般地，以鋁合金的總量為 基準，以重量百分比計，硼元素的含量為0. 005 %以上，優選為0. 01 %以上。以鋁合金的總 量為基準，以重量百分比計，硼元素的含量為0.05%以下，優選為0.03%以下，更優選為 0. 02%以下。
[0026] 在鋁合金中引入適量的鋅元素（Zn)能夠改善鋁合金的機械性能和鑄造性能。根 據本發明的鋁合金優選含有鋅元素。一般地，以鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，鋅 元素的含量為〇. 1 %以上，優選為〇. 5%以上。但是，過量鋅元素的存在會對鋁合金的導熱 性能產生不利影響。以鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，鋅元素的含量為10%以下， 優選為8 %以下。
[0027] 優選地，以鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，本發明的鋁合金含有選自稀土 元素、鎂、鍶、鈦、鋅和硼中的一種或兩種以上元素。更優選地，以鋁合金的總量為基準，以重 量百分比計，本發明的鋁合金含有以下元素中的一種或兩種以上，
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[0030] 在鋁合金中引入鉻（Cr)和鋯（Zr)也能起到細化晶粒的作用，但是鉻和鋯會對鋁 合金的導熱性能產生不利影響。根據本發明的鋁合金，以鋁合金的總量為基準，以重量百分 t匕，鉻元素的含量為0. 1 %以下，優選為0. 05%以下，更優選為0. 02%以下，進一步優選為 0.01%以下。根據本發明的鋁合金，以鋁合金的總量為基準，以重量百分比，鋯元素的含量 為0. 1 %以下，優選為0. 05%以下。
[0031] 根據本發明的鋁合金，以鋁合金的總量為基準，以重量百分比計，鋰元素的含