【摘 要】
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以5G为代表的通讯技术发展迅速,通讯电子器件功耗提升,对通讯散热器件的散热性能要求更高。通讯散热器件常采用Al-Si基铸造合金压铸制备,但常见铸造Al-Si基合金的导热性能较低,基于退火可提高其导热/电性能,但会产生显著的退火软化,在后续加工过程中易产生变形和滑丝等问题。基于此,本文拟开发兼具高导和抗退火软化的铸造铝合金,分析其组织特性,揭示高导铸造铝合金的抗退火软化机制。论文首先研究了合金元素对
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以5G为代表的通讯技术发展迅速,通讯电子器件功耗提升,对通讯散热器件的散热性能要求更高。通讯散热器件常采用Al-Si基铸造合金压铸制备,但常见铸造Al-Si基合金的导热性能较低,基于退火可提高其导热/电性能,但会产生显著的退火软化,在后续加工过程中易产生变形和滑丝等问题。基于此,本文拟开发兼具高导和抗退火软化的铸造铝合金,分析其组织特性,揭示高导铸造铝合金的抗退火软化机制。论文首先研究了合金元素对含Fe的Al-Si合金退火前后导电和力学性能的影响。研究结果表明,Cu/Zn/Mg等强化类元素使Al-Si合金导电下降但力学性能提升,其中Mg对强度的提升更为显著。稀土元素可有效变质共晶Si相使合金的导电和力学同步提升,其中Y元素的效果更为显著。退火后所有合金的导电率均不同程度提升,但除Mg外添加其他元素的合金均会发生不同程度的退火软化,其中添加Y元素的退火软化程度较低。基于正交实验优化获得了含0.8%Fe的Al-7Si-0.5Mg-0.3Y合金组分。进一步研究了Mg和Y对合金导电和退火软化的影响,证实Mg是抑制退火软化的最佳元素。对比研究了Mg/Zn/Cu对含Al-7Si-0.8Fe合金导电和退火软化特性的影响机制。添加0.5%Mg的合金退火后导电率提升至22.9 MS/m,提升率达20.6%,导热率约为158 W/（m·K）,不发生退火软化,抗拉强度和硬度高达266 MPa和79 HBW。含Mg合金在退火过程中生成细小弥散的Mg2Si相,有效抑制退火软化,而Zn和Cu在退火过程中没有明显的强化相析出。进一步对比熔体变质的影响,基于Sr/Al-Ti-C-B的复合变质处理后合金的退火态导电率可进一步提升至25.5 MS/m,导热率约为176 W/（m·K）。系统研究了Mg含量Al-2/7/11Si-0.8Fe合金退火前后性能的影响。Mg含量变化对合金的导电率影响较小,退火后均有不同程度提升。Mg抑制退火软化与Si含量有关,对于含2%和7%Si的合金,Mg含量超过1.0%后发生软化,而11%Si合金在Mg含量超过1.5%后发生软化。Mg会影响合金的凝固过程,Mg添加后α-Al的初始形核温度逐渐降低,并有π-Al8Mg3Fe Si6生成,Mg含量增加后有Al-Si-Mg2Si三元共晶反应发生,从而导致基体中固溶Mg的含量降低,减少退火过程Mg2Si相生成,不能抑制退火软化。本文获得一种兼具高导和抗退火软化的铸造Al-Si基合金体系及其组织调控技术,发现Mg是抑制退火软化的关键元素,分析揭示了Mg对合金抗退火软化的作用机理。本研究可为高导热Al-Si基铸造铝合金的生产和应用提供实验和理论依据。
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