【摘 要】
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以5G为代表的通讯技术正快速发展,随信号频率和集成度的快速提升,对通讯器件的散热提出了更高要求。通讯散热器件一般以Al-Si基合金压铸成型,但其导热性能相对较低,无Si的Al-Fe基高导热合金是未来发展的方向之一,但力学性能相对较差,是阻碍其应用的主要瓶颈。本文拟采用元素变质和轧制变形调控Al-2Fe共晶合金和Al-1.75Fe-1.25Ni共晶合金的微观组织,以期获得高强高导热Al-Fe基合金及
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以5G为代表的通讯技术正快速发展,随信号频率和集成度的快速提升,对通讯器件的散热提出了更高要求。通讯散热器件一般以Al-Si基合金压铸成型,但其导热性能相对较低,无Si的Al-Fe基高导热合金是未来发展的方向之一,但力学性能相对较差,是阻碍其应用的主要瓶颈。本文拟采用元素变质和轧制变形调控Al-2Fe共晶合金和Al-1.75Fe-1.25Ni共晶合金的微观组织,以期获得高强高导热Al-Fe基合金及其制备技术。主要结论如下:低固溶类元素（Fe、Co、Ni）对纯铝导热率的影响远小于Si元素。随着合金元素含量的增加,其微观组织均由点条状演变成连续网状形貌,当第二相以点条状的形式存在时,Modified Series模型可以较好描述合金导热率和合金元素含量的关系;当其以连续网状形式存在时,Modified Maxwell模型的预测值与实验测试结果相吻合。基于低固溶度元素对纯铝导热率的影响规律,设计并制备两种兼具高导热和高强韧的共晶型Al-Fe-Co/Ce和Al-Fe-Ni-Yb合金体系。Co/Ce元素变质和轧制变形可显著改善Al-2Fe共晶合金的微观组织,同步提升其导热和力学性能,轧制态Al-2Fe-0.3Co和Al-2Fe-0.1Ce合金导热率分别达到225 W/（m·K）和228 W/（m·K）,抗拉强度分别为185MPa和180 MPa,表现出优异的综合性能。采用Modified Maxwell模型估算Al-2Fe共晶合金的导热率,含Co/Ce相均以点条状形式分布于铝基体中,采用Series模型描述Co/Ce元素变质后Al-2Fe合金的导热率,导热结构模型的拟合结果与实验值吻合较好。Al-1.75Fe-1.25Ni共晶合金是最有潜力被开发成新一代高导热铸造铝合金,但粗大的（α-Al+Al9Fe Ni）共晶组织对其力学性能不利。稀土元素Yb将显著细化该共晶组织,改变Al9Fe Ni相的生长方式,同步提升Al-1.75Fe-1.25Ni合金的导热和力学性能。轧制Al-1.75Fe-1.25Ni-0.3Yb合金的导热率为223 W/（m·K）,抗拉强度为210 MPa,延伸率为13%,表现出优异的高强高导特性。Al-1.75Fe-1.25Ni合金的微观组织是典型的共晶组织形貌,Series and Parallel模型的导热率估算值与实测值相吻合。在Al-1.75Fe-1.25Ni共晶合金凝固过程中施加振动场,可促进了细小的、均匀分布的α-Al相形成,进而实现铸态高导热Al-1.75Fe-1.25Ni合金的强韧化。本文基于元素变质和形变强化,实现了Al-Fe基共晶合金导热和力学的同步提升。该合金系不仅可以压铸生产,还可以塑性成型,对于高导热铝合金的研究与推广具有重要的参考价值和理论指导意义。
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