一种5G通讯大型散热腔体用高导热铝合金材料及其流变压铸成型方法技术

一种适用于5G通讯大型薄壁散热腔体的高导热铝合金材料，其合金成分包括：Si 8

【技术实现步骤摘要】
一种5G通讯大型散热腔体用高导热铝合金材料及其流变压铸成型方法


[0001]本专利技术属于合金材料
，具体涉及一种适用于5G通讯大型薄壁散热腔体流变压铸的高导热铝合金材料及其流变压铸成型方法。

技术介绍

[0002]通讯行业由4G向5G发展，呈现高集成、大功率趋势。5G单站功耗是4G的2.5
‑
3.5倍。从热设计角度看，则是基站发热量增加，温度控制的难度陡然上升。因此，对高导热大型薄壁轻量化散热腔体需求迫切。
[0003]4G基站用散热腔体一般采用Al
‑
8Si系列材料制备，导系数一般在140
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160W/（m.K）,可以满足4G散热壳体散热和压铸成形性要求。目前5G基站用散热腔体采用Al
‑
6Si系列材料制备，导热系数一般在160
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180W/(m.K)，还无法完全满足基站散热要求，尤其是由于合金中Si含量降低导致材料流动性能下降，无法实现大型薄壁散热腔体的压铸成形技术要求。同时，5G基站由于集成度高，重量增加，对散热腔体的性能也提出了一定要求，一般的本体性能要求为：抗拉强度≥220MPa，屈服强度≥100MPa，断后伸长率≥4%，硬度≥70HV。因此，在原有材料基础上，优化开发一种可以同时满足散热性要求、大型薄壁腔体成型性要求、本体力学性能要求的新型高导热铝合金材料及其压铸成型技术需求迫切。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高导热的铝合金材料成分及其熔炼、压铸成型工艺，并通过后续的热处理强化，综合满足5G通讯基站对高导热散热腔体的需求。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术基于传统材料进行了大量的实验研究。研究中发现，Si元素是影响材料流动成型能力的主要元素。Si元素含量越高，材料的流动充型能力越强，同时材料的凝固收缩趋势越小，有利于大型薄壁压铸产品的尺寸精度保持。但是Si元素含量的提高会导致材料导热性能的下降。Mg元素是主要的强化元素。Mg元素含量越高，材料力学性能越高，但同样的，Mg元素的添加会导致材料导热性能的下降。Fe元素和Mn元素主要起到缓解材料压铸成型过程中的粘模问题。但Fe元素和Mn元素的添加都会降低材料的导热性能。通过大量研究发现，Fe元素对材料导热性能的降低有限，而Mn元素会显著恶化材料导热性能。Sr元素起到变质共晶Si作用，可以同时提高材料的导热性能和力学性能，是高导热铝合金材料必不可少的添加元素。为了解决上述材料力学性能、成型能力与导热性能之间的矛盾，本专利技术创造性的引入了含RE元素的精炼剂对材料进行熔体处理，通过精炼处理，既起到了进一步净化熔体的目的，又通过微量RE元素的作用，进一步变质材料微观组织，起到同时提高材料力学性能和导热性能的作用。为了缓解散热腔体薄壁充型对模具的冲蚀问题以及大型薄壁腔体压铸后变形问题，本专利技术又创造性的引入了流变压铸成型的方法，即在铝合金熔体压铸前进行外场作用下的熔体处理，可以起到显著降低材料铸造温度的作用，通
过降低材料铸造温度，显著改善模具冲蚀和产品变形问题。通过熔体外场作用，形成近球状微观组织，改变合金熔体充型机制，在降低熔体温度的同时并不降低熔体的流动充型能力。为了进一步提高散热腔体的导热能力，本专利技术又创造性的引入了高温时效热处理的方法，通过时效热处理改变材料中的溶质元素分布。通过大量的实验研究，优化了热处理工艺参数，在有限降低材料力学性能的前提下显著提高材料的导热性能。据此，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的第一方面，是提供一种5G散热腔体流变压铸成型用的高导热铝合金材料，所述的高导热铝合金材料的合金成分以质量百分比计包括：Si 8
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9％、Mg 0.1
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0.3%、Fe 0.6
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1.0％，Sr0.02
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0.05%，余量为铝。
[0006]其中，所述的高导热铝合金材料的合金成分还可包括不可避免的杂质元素，每种杂质元素含量≤0.01%，杂质元素总量≤0.15%。
[0007]上述成分的铝合金材料在熔炼制备过程中需要采用特殊的含RE元素的精炼剂进行精炼处理。具体的说，本专利技术第二方面，是提供一种本专利技术的第一方面所提供的5G散热腔体流变压铸成型用高导热铝合金材料的制备方法，其熔炼过程为：（1）按照上面所述的合金成分范围（Sr元素除外）配置原材料，完全熔化后升温至710
‑
730℃温度区间，加入熔体质量分数0.05
‑
0.2%的含RE精炼剂，搅拌1
‑
5分钟，使其与合金熔体均匀反应；在上述步骤（1）中，所述搅拌可以是机械搅拌、电磁搅拌、超声处理、气体扰动等各种方式。
[0008]（2）加入含RE精炼剂后进行后续正常的惰性气体旋转喷吹除气处理；（3）除气处理后以Al
‑
Sr中间合金形式加入Sr元素，满足上述成分含量要求，加入Sr元素后搅拌1
‑
5分钟，使其熔炼均匀，再次进行惰性气体旋转喷吹除气处理，静置后浇注成合金锭待用。
[0009]在上述熔炼过程中，一定要先加入含RE精炼剂再加入Al
‑
Sr中间合金，否则会导致Sr元素大量烧损。加入含RE精炼剂和加入Al
‑
Sr中间合金后一定要各进行一次惰性气体旋转喷吹除气处理，可以显著提高熔体的纯净度以及变质效果。
[0010]进一步，上述冶炼方法中，还包括：（4）对步骤（3）所制备的高导热铝合金材料，在压铸现场重熔，进行后续压铸成型，所述重熔过程中最高熔体温度优选的控制在750℃以内，最高不要超过780℃，否则将造成Sr元素的大量烧损以及熔体含氢量的明显提升；（5）重熔后在650
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680℃温度区间进行保温；合金熔体在压铸前进行外场作用下的熔体处理，具体的外场熔体处理方式可以是机械搅拌、电磁搅拌、超声处理、气体扰动等各种方式，通过外场作用的熔体处理形成异质形核核心，促进后续压铸成型过程中形成近球晶的微观组织，提升熔体压铸成型流动性；（6）外场处理后熔体温度保持在620
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640℃温度范围内，稍高于材料的液相线温度（液相线温度大概为610
‑
615℃），保证熔体可以顺利浇注入压铸机料杯。在保证顺利浇注的前提下尽量获得低的浇注温度，以便改善模具冲蚀问题，提高产品尺寸精度。
[0011]采用上述高导热合金材料以及流变压铸成型方法制备的散热腔体产品，通过高温时效热处理方法进一步提高导热性能。
[0012]上述冶炼方法中，还包括（7）将压铸件在340
‑
350℃范围内时效热处理13
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15分钟，时效热处理后在空气中自然冷却到室温。
[0013]与现有的合金材料以及成型方法对比，本专利技术具有如下优势：1、采用本专利技术材料成分及成型方法制备的产品本体性能可以稳定达到：导热系数180W/(m.K)，抗拉强度≥220MPa，屈服强度≥100MPa，断后伸长率≥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于5G通讯大型薄壁散热腔体压铸成型的高导热铝合金材料，其特征在于，该铝合金材料的合金成分以质量百分比包括为：Si 8
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9％、Mg 0.1
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0.3%、Fe 0.6
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1.0％，Sr0.02
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0.05%，余量为铝。2.根据权利要求1所述的高导热铝合金材料，其特征在于，其中还包括不可避免的杂质元素，每种杂质元素含量≤0.01%，杂质元素总量≤0.15%。3.一种根据权利要求1或2所述的高导热铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括：（1）按照所述铝合金材料的合金成分范围，Sr元素除外，配置原材料，完全熔化后，升温至710
‑
730℃温度，加入熔体质量分数0.05
‑
0.2%的含RE精炼剂，搅拌1
‑
5分钟，使其与合金熔体均匀反应；（2）加入含RE精炼剂后，进行后续惰性气体旋转喷吹除气处理；（3）除气处理后以Al
‑
Sr中间合金形式加入Sr元素，满足上述成分含量要求，加入Sr元素后搅拌1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大全，冯剑，张帆，陈颂，张帆，陈诒宝，
申请(专利权)人：福建科源新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：