论文部分内容阅读
Al-Si系铸造铝合金被广泛应用于通讯领域散热薄壁器件生产。随着5G通信时代到来,电子产品和通信设备的单位体积热耗不断增加,对材料的导热性能提出了更高要求,以ADC12为代表的压铸用铝合金导热性能低(仅约96 W/(m·K)),限制其在5G通讯散热薄壁器件中的应用,开发高导热且力学性能优异的压铸铝合金迫在眉睫。本文针对AlSi合金,采用多元合金化和复合变质工艺,设计高导热亚共晶Al-7Si基压铸铝合金和高导热Al-2Si基低Si铸造铝合金的材料组分,重点研究合金组织控制(共晶Si和富Fe相)对导热性能的影响规律和相互作用机制。系统研究了合金元素种类(22种)对工业纯铝导电性的影响,合金元素会导致工业纯Al电导率呈不同程度的下降。其中Si含量增加纯Al的电导率呈指数下降,而Fe、Cu和Ni含量增加纯Al的电导率呈线性降低。Mn、Cr和V等过渡族元素加入可快速降低纯Al的电导率。Zn和Co等合金化元素以及Sr、B和RE等变质类元素对工业纯Al的导电性能影响较小,甚至少量添加可以提高纯Al的电导率。对比发现,少数合金元素以固溶原子形式存在于Al中,产生较大的“比电阻率”,导致纯Al电导率快速下降。而大多数合金元素与Al生成不同形态的第二相组织,对纯Al导电性能影响较小。随着Fe和Cu含量的增加,亚共晶Al-7Si合金的导电性能线性下降。而添加变质元素Sr、B、RE和Sb则可以显著提高Al-7Si合金的导电和导热性能。经0.05%Sr变质,合金的电导率和热导率可提高至24.27 MS/m和169.9 W/(m·K)。变质元素可以将合金中粗大的板状共晶Si变质为珊瑚状和短片状,增加Al基体的连续性,减少合金的晶格畸变程度,从而显著提高合金的导电和导热性能。基于Sr-B-RE复合变质,可显著改善含Fe的亚共晶Al-7Si基合金导热性能,最高提升至165.6 W/(m·K),且其力学性能也较为优异,其中布氏硬度为62.2 HB,抗拉强度为189.6 MPa,延伸率为13.8%。同时,多元合金优化获得了一种含Mg和Co的低Si(2%)高导热合金体系(Al-2Si-2Zn-0.8Fe),并经Sr-B变质后,其铸态热导率高达176 W/(m·K)。该合金的流动性为ADC12的85%,力学性能优异,布氏硬度为61.6 HB,抗拉强度为239.6 MPa,延伸率为9.2%。针对Al-7Si基高导热铝合金进行生产验证,表现出优异的压铸成型性,压铸铸件的导热性为160.4 W/(m·K),抗拉强度和延伸率达200.2 MPa和10.5%。而进一步低温退火热处理后其热导率可达178.9 W/(m·K),可满足当前5G行业对高导热薄壁散热压铸件的使用要求。本研究基于合金元素对纯铝导电性能的影响结果,设计Al-Si系铸造合金组分,探讨多元合金化和复合变质对合金的导热提升与组织调控之间的关系,开发出Al-7Si基和Al-2Si基两种高导热铸造铝合金材料组分体系,并成功实现应用,可为5G背景下兼具高导热和高强度Al-Si系铸造铝合金的开发提供一定理论和实验依据。