6061铝合金散热型材熔体净化及挤压模氮化工艺的改进

摘要

铝型材内部的杂质含量是影响型材表面质量和导热性能的重要因素。作者所在公司生产的6061散热铝型材表面存在较严重的划伤,其导热性能和杂质含量也难以达到高端客户的要求。据此,本文对表面存在划伤的问题型材进行了系统的检测分析;在此基础上,从铝熔体净化、模具表面渗氮处理等方面对型材生产工艺进行改进。
　　 分析表明,问题型材中的杂质总含量为0.195mm2/kg,与客户的要求(≤0.08mm2/kg)有较大的差距。杂质中存在质量分数达18％的镁的化合物(MgO、MgAl2O4),其特殊的形态和较高的硬度,使其在热挤压过程中易划伤模具工作带而降低型材的表面质量。型材中还存在较多大块状、不均匀分布的硬脆Fe2Si2Al9相,也影响型材的表面质量。
　　 为了减少杂质含量,对熔体联合净化工艺进行了改进,主要体现在以下三个方面:保温炉内采用N2+C2Cl6喷粉净化代替原来的CCl4泡沫砖净化,其中N21 L/min,C2C1640g/min,处理时间为15min,净化效果更好;将DFU单旋转石墨喷头在线除气装置改成双旋转喷头装置,转子的转速为300 r/min,气流量为150L/min,除氢率达43％;将原来的泡沫陶瓷单级过滤板(30ppi)改成双级复合过滤板(20/40ppi),能过滤掉所有的大块夹杂物,对小块夹杂物的过滤率也达80％,熔体的过流量也能满足铸造的要求。经熔体净化工艺改进后,熔体中的杂质总含量仅为0.016 mm2.kg-1,达到了客户的要求,且其中对表面质量影响较大的硬质MgAl2O4和MgO颗粒大大减少。
　　 为了进一步改善型材表面质量,对挤压模具的渗氮工艺也进行了改进,即采用等温渗氮法(在560℃的温度下直接渗氮12小时,氨分解率为35％)取代原来的两段渗氮法(先在380℃下渗氮0.5小时,氨分解率为24％,再在510℃下渗氮8个小时,氨分解率50％)。经渗氮工艺改进后,H13钢挤压模具表面渗氮层厚度由原来的31μm增加到0.22mm,表面硬度由51HRC提高到67HRC。
　　 生产实践表明,采用改进后的工艺试生产的6061铝型材表面光洁,划痕少,且其热导率、杂质含量及力学性能均满足客户的要求。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 课题来源及研究意义

1.2 铝型材的生产

1.2.1 概述

1.2.2 铝熔体的净化

1.2.3 铝型材的生产工艺

1.2.4 铝型材挤压常见的缺陷

1.2.5 挤压模具的渗氮

1.3 6×××铝合金的特性

1.3.1 成分及相组成

1.3.2 各元素的作用

1.3.3 力学性能和热学性能

1.4 本文研究的主要内容

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验流程

2.3 检测方法

2.3.1 成分检测

2.3.2 金相组织观察

2.3.3 扫描电镜观察

2.3.4 透射电镜观察

2.3.5 力学性能测试

2.3.6 热导率测试

2.3.7 PoDFA杂质分析

2.3.8 氢含量检测

第三章 问题型材的材质分析

3.1 杂质分析

3.2 化学成分分析

3.3 组织分析

3.4 性能测试

3.5 讨论

3.6 本章小结

第四章 熔体净化及挤压模氮化工艺改进

4.1 铝熔体净化工艺的改进

4.1.1 实验方案

4.1.2 保温炉净化工艺改进

4.1.3 在线净化工艺改进

4.1.4 净化效果检测

4.2 挤压模具的氮化工艺改进

4.2.1 实验方案

4.2.2 结果与分析

4.3 试生产

4.3.1 试生产方案

4.3.2 结果与分析

4.4 讨论

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要成果