1、引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電腦CPU的主頻在不斷提高，主頻的提高在提升了電腦運(yùn)算功能、加快了電腦運(yùn)行速度的同時(shí)，也大大增加了發(fā)熱量，因此，對(duì)電腦散熱片材料的傳導(dǎo)性能也提出了越來越高的要求。目前絕大多數(shù)電腦散熱片的材質(zhì)是鋁合金，純鋁的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性僅次于銀、銅，但因其強(qiáng)度不夠、切削性不好、粘刀等原因而難以加工成型，不能直接用來生產(chǎn)電腦散熱片。本研究試圖向工業(yè)純鋁中添加某些合金元素，提高其強(qiáng)度、改善其切削加工性能，同時(shí)不會(huì)對(duì)其導(dǎo)電導(dǎo)熱性能影響很大。分析探討這些合金元素對(duì)工業(yè)純鋁性能影響機(jī)理。不同元素對(duì)工業(yè)純鋁性能影響是不同的，本文研究了稀土、Al-Ti-B、zr元素以及它們互配對(duì)工業(yè)純鋁性能的影響。

2、實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)中用工業(yè)純鋁的元素組成見表1。

由于稀土元素非?；顫?，容易燒損;zr元素與工業(yè)純鋁熔點(diǎn)相差很大，只能以中間合金的形式加入。實(shí)驗(yàn)用A1-Re中間合金為實(shí)驗(yàn)室自行配制，Al-Ti-B、A1-Zr等中間合金為外購。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

由于稀土元素直接加入容易燒損，造成浪費(fèi)，增加成本，所以必須配制中間合金。在配制時(shí)采取了一定的措施，在混料時(shí)加了與鋁料等量的玻璃態(tài)物質(zhì)，開始加入2/3，到熔解后再加1/3的玻璃態(tài)物質(zhì)，同時(shí)迅速用石墨鐘罩壓把稀土元素壓入熔體并攪拌，一定時(shí)間后澆鑄成塊備用。

具體的試樣加工工藝為:把一定比例的鋁錠放入坩堝加熱升溫熔化后，其他中間合金按照熔點(diǎn)高的先放入，低熔點(diǎn)后加入的順序加入，其中易燃燒的合金用鋁薄包裹加入，加入后攪拌均勻，保溫后進(jìn)行造渣處理，接著使熔體回升到熔煉溫度，保溫幾分鐘后去除表面浮雜物，最后澆鑄成中80擠壓鑄錠。把中80的鑄錠在箱式電阻爐中均勻化退火8個(gè)小時(shí)，用300噸立式擠壓機(jī)擠壓成40×10mm的鋁排，然后將材料進(jìn)行退火熱處理，最后進(jìn)行性能測(cè)試。

在電子拉伸機(jī)上測(cè)試合金的抗拉強(qiáng)度;用7501渦流導(dǎo)電儀測(cè)定合金的電導(dǎo)率

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 稀土對(duì)合金性能的影響

圖1為加入RE元素時(shí)合金強(qiáng)度與加入量的關(guān)系曲線。從曲線可知，材料強(qiáng)度隨RE的加入提高，但當(dāng)加入量達(dá)到一定值后，強(qiáng)度下降，RE加入量在0.20-0.40%時(shí)抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到110MPa以上。這是因?yàn)橄⊥辆哂懈纳平M織，與基體鋁作用生成熔點(diǎn)高且不易分解的化合物ReAlx，高溫下具有良好的穩(wěn)定性，精煉和凈化熔體;降低微量雜質(zhì)元素的有害影響，特別是Re與Fe、si等元素作用。

圖2所示為RE加入對(duì)合金導(dǎo)電率的影響曲線。由圖2可以看出，隨著稀土元素的加入，導(dǎo)電率呈下降的趨勢(shì)，但導(dǎo)電率下降較緩慢。上述結(jié)果是與金屬導(dǎo)電理論相符的，即加入合金元素后產(chǎn)生的化合物引起的點(diǎn)陣靜畸變和熱振動(dòng)點(diǎn)陣動(dòng)畸變對(duì)電子造成散射，從而產(chǎn)生電阻，導(dǎo)致導(dǎo)電性能下降。工業(yè)純鋁加人RE后，導(dǎo)電率下降較緩慢與RE凈化溶液，除氣等作用分不開的。但稀土對(duì)鋁合金導(dǎo)電性能的影響還取決于稀土的加入量。一方面，適量的稀土可降低雜質(zhì)在基體中的固溶度，提高導(dǎo)電率;另一方面，過量則在晶界形成稀土元素的偏聚，此時(shí)它又成了新的雜質(zhì)。圖1、圖2證明:當(dāng)RE含量為0.15-0.35%時(shí)，可獲得良好的綜合性能。

3.2 Al-Ti-B對(duì)工業(yè)純鋁性能影響

從圖3可以看到，在純鋁中加入合金元素Al-Ti-B后，抗拉強(qiáng)度有所提高，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到120Mpa。晶核激活理論認(rèn)為得到好的細(xì)化效果，條件非常重要:一是熔體中必須有足夠的結(jié)晶核心存在;二是大部分潛在的晶核被激活。AI-Ti-B加入熔體后，最有效的結(jié)晶核心是TiAl3，TiB2顆粒則是潛在的晶核。由于熔體結(jié)晶是非平衡狀態(tài)下進(jìn)行的，且TiAl3和TiB2顆粒的適配度很接近，從而TiB2顆粒極有可能成為結(jié)晶核心。從而更好的提高合金的力學(xué)性能。

圈4為工業(yè)純鋁中Al-Ti-B加入量與電導(dǎo)率的關(guān)系曲線。從圖4可看到，Al-Ti-B加入后對(duì)合金的導(dǎo)電率有下降的趨勢(shì)。AI-Ti-B加入到純鋁中會(huì)引起鋁的電阻率升高，這是符合金屬導(dǎo)電基本理論的，即任何一種雜質(zhì)加入到金屬當(dāng)中都會(huì)增加其電子散射，從而引起純金屬電阻率的升高，即導(dǎo)電導(dǎo)熱性下降。只是不同的雜質(zhì)元素由于其原子半徑、電子結(jié)構(gòu)等物理特性不同，引起純金屬電阻增加的幅度不同，一般認(rèn)為由于AI-Ti-B中B的原子半徑與鋁的相差不大，B引起鋁的晶格畸變較小，因而引起鋁電阻率增加較小。由圖3、4可以看出Al-Ti-B加入量在0.4-0.6%時(shí)合金綜合性能較好。

3.3 Zr對(duì)工業(yè)純鋁性能影響

圖5 zr加入量與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系曲線可以看到，Zr元素的加入對(duì)合金的抗拉強(qiáng)度叉很大的提高，加入0.30%Zr后合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)到一個(gè)極大值，而隨著含量的增大，抗拉強(qiáng)度降低。這是因?yàn)樵诤辖鹄鋮s凝固時(shí)，Zr元素對(duì)合金晶粒有一定的細(xì)化作用，在zr含量較高的合金中有AL3Zr的存在。

由圖6 Zr加入量與導(dǎo)電率的關(guān)系曲線可以看出，加入合金元素后，導(dǎo)電率下降很明顯，這基本符合純金屬的導(dǎo)電理論，即對(duì)純金屬來說，合金元素以雜質(zhì)的形式存在基體中，導(dǎo)電率自然就下降。加入Al-Zr后合金的導(dǎo)電率隨著含量不同而不穩(wěn)定，在工業(yè)純鋁中加入0.20-0.40%的Zr效果最佳。

3.4 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析，我們可以看出，Re、Al-Ti-B、A1-Zr等幾種合金元素對(duì)工業(yè)純鋁性能影響各不相同，對(duì)試樣導(dǎo)電率影響很大。為此，設(shè)計(jì)了一組優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，以考察它們互配加入對(duì)純鋁性能的影響。決定選用L4(23)，即選兩個(gè)不同的含量水平，以Re、AI-Ti-B、Al-Zr為因子，建立正交表2。Re、Al-Ti-B、AI-Zr互配加人對(duì)純鋁導(dǎo)電率的影響，結(jié)果見表3。

對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3，可看出較優(yōu)的工藝因子為:A2 Bl C2。所以合金較元素添加量為:Zr:0.30%。RE:0.20%。Al-Ti-B:0.40%時(shí)鋁合金綜合性能較好。

4、結(jié) 論

(1)稀土可以降低基體中雜質(zhì)對(duì)導(dǎo)電率的有害影響，特別是與Fe、si元素的作用，減少Fe、si的固溶量，增大化合物形成的趨勢(shì)和能力，稀土的加入使工業(yè)純鋁的抗拉強(qiáng)度有明顯的提高。但含量要控制，當(dāng)Re含量為0.15-0.35%時(shí)，可獲得良好的綜合性能。

(2)Al-Ti-B中間合金的加入對(duì)工業(yè)純鋁的抗拉強(qiáng)度有明顯的提高，其含量一般控制在0.40-0.60%為宜。

(3)zr加入到工業(yè)純鋁中，使得抗拉強(qiáng)度得到很大的提高，但不利于導(dǎo)電性。同時(shí)添加一定量的Re、Al-Ti-B到合金中，對(duì)導(dǎo)電性有益。AI-Ti-B的加入量在0.4%，Re0.2%Zr:0.3%時(shí)合金綜合性能較好。