[发明专利]铝合金组合物、铝合金元件、通讯产品及铝合金元件的制备方法

说明书

本发明提供了一种铝合金组合物、铝合金元件、通讯产品及铝合金元件的制备方法。该铝合金组合物包括铝主体和掺杂元素，该掺杂元素包括占铝合金组合物的总重量18％～22％的Si、0.2％～0.95％的Cu、0.25％～2％的Fe、0.05％～0.2％的Mg和0.04％～0.08％的P。上述铝合金组合物中各元素的配合，使得由该铝合金组合物制备的铝合金元件不仅具有良好的耐磨性、低热膨胀系数和高导热性，同时在浇注时还能保证良好的流动性，提高其加工铸造性能；同时适量的Cu、Fe及Mg元素提高了铝合金元件的力学性能，0.2％～0.95％的Cu能有效改善合金的导热性能；采用P‑Cu作为变质元素，工艺简单，成本低。

技术领域

本发明涉及有色金属材料领域，具体而言，涉及一种铝合金组合物、铝合金元件、通讯产品及铝合金元件的制备方法。

背景技术

Al和Si都是自然界中储量极其丰富的元素，来源广泛，成本低廉。其中，纯Al具有高塑性、低密度以及优良的导热导电性能，Si具有低的热膨胀系数和高硬度，由它们制备的Al-Si合金，则继承了两者的一系列优良特性。

铝具有较高的热导率，纯铝的热导率达到238W/(m﹒K)，但是纯铝的热膨胀系数大，达到23.6×10^-6/℃。硅的热膨胀系数小，只有4.1×10^-6/℃，因此通过加入Si可以降低铝合金的热膨胀系数。但加入Si元素后热导率会降低，特别是加入10％以上的Si量，铝硅合金的热导率大幅度降低。现有技术已有一些较低含Si量铝合金的热导率研究，但高硅铝合金的热导率研究很少，且目前含16～18％Si的牌号铝合金热导率都较低，在90～110W/(m﹒K)左右。例如日本牌号ADC12铝合金的热导率为92W/(m﹒K)；含18～20％Si的AC9B牌号铝合金热导率为110W/(m﹒K)，等等。通常牌号合金中的合金元素种类较多，含量也较大，也会使热导率降低。但是上述合金的低热导率不能满足许多领域的应用要求，例如需要高导热的电子产品基板等。

此外，为适应汽车发动机高速化的要求，对活塞材料的要求是比强度高、导热性好、稳定性好、膨胀系数小、耐磨好等。无疑Al-Si系合金正是合适的选择。在汽车工业中，使用较多的铝活塞材料大致有四类：Al－Cu－(Ni)－Mg系，Al－Cu－Si系，共晶型Al－Si－Cu系以及过共晶型Al-Si-Cu-Mg系，前两类由于存在线膨胀系数大、密度大、体积不稳定的缺点已被淘汰，目前国内使用的铝活塞材料主要是共晶型铝硅合金，如我国铝合金牌号ZL108(ZAlSi12Cu2Mg)、ZL109(ZAlSi12Cu1Mg1Ni1)，或美国牌号A390(Si：16～18％)。然而随着汽车工业的发展，共晶、亚共晶铝硅合金系活塞材料已经难以适应汽车发动机高功率、高寿命的性能要求。过共晶高硅铝合金线膨胀系数更低，抗磨性及体积稳定性相应提高，是理想的活塞材料。国外已将此材料广泛用于活塞生产，国内也逐渐有单位开始应用。

过共晶铝硅合金按含硅量可分为三组，Ⅰ组含硅17％～19％；Ⅱ组含硅20％～23％；Ⅲ组含硅24％～26％。前两组有一定的塑性，铸造性能尚可，使用较多；而最后一组虽然热膨胀系数更低、耐磨性和耐蚀性更好，但由于脆性太大、结晶温度范围宽、铸造性能差以及难以切削加工的缘故，除用过高速摩托车或赛车的活塞外，一般很少使用。

除了在汽车生产领域的应用，高硅铝合金相对于其他合金因具有较好的热导性能、热膨胀系数低、质量轻、以及高的强度和刚度，与金、银、铜、镍可镀，与基材可焊，易于精密加工、无毒等优越性能，符合电子封装技术朝小型化、轻量化和高密度组装化方向发展的要求，因此高硅铝合金用作新型电子封装的前景已日渐被人们所认识。然而，可用作电子封装材料的轻质高硅铝合金硅含量高达30％～50％甚至更高。因此，采用传统熔炼铸造方法虽然有设备简单、成本低，可实现大批量工业化生产的优点，但生产得到的材料初晶硅和共晶硅尺寸粗大，即使采用添加变质剂的方法，也会带来新的问题。故而一般用传统的粉末冶金法或喷射沉积法生产该种高硅铝合金。