ALHIGHCE铝合金的高温性能及其在热交换器中的应用

　　ALHIGHCE铝合金深度解析

　　材料定位

　　ALHIGHCE是一种高强高导(HIGH Strength & High Conductivity)特种铝合金，专为电力电子和高端散热应用开发的新一代功能材料。

　　ALHIGHCE化学成分：

　　铝(Al) 余量

　　铬(Cr)≤0.04

　　锆(Zr)0.08～0.15

　　锌(Zn)5.7～6.7

　　硅(Si)≤0.12

　　铁(Fe)0.000～0.150

　　锰(Mn)≤0.10

　　镁(Mg)1.9～2.6

　　钛(Ti)≤0.06

　　铜(Cu)2.0～2.6

　　机械性能

　　密度：20℃(68℉)时为 2.83g/cm3(0.102lb/in3)。

　　退火温度 415℃(775℉)

　　固溶温度 475℃(890℉)

　　时效温度 120-175℃(250-350℉)

　　泊松比:0.33。

　　弹性模量：拉伸：71.0GPa(10.3×106psi)，

　　剪切：26.9GPa(3.9×106psi)，

　　压缩72.4GPa(10.5×106psi)

　　疲劳强度：T6，T7451，T73状态：

　　光滑无缺口试件在R·R·Moore型测试中循环5×108次，为159MPa(23ksi)。

　　抗拉强度 σb (MPa)：≥180

　　屈服强度 σ0.2 (MPa)：≥110

　　伸长率 δ5 (%)：≥14

　　注 ：棒材室温纵向力学性能

　　试样尺寸：直径≤150

　　布氏硬度 HB ：95-100

　　质量特征

　　密度：2.90g/cm3。

　　剪切强度：合金(裸)和包铝合金，O状态：152MPa(22ksi);合金(裸)T6，T7451状态：331MPa(48ksi);包铝合金T6，T7451状态：317MPa(46ksi)。

　　硬度：O状态：60HB;T6,T7451状态：150HB;数据取自直径10球及在500kg载荷下30s的测试结果。

　　物理性能

　　导电率：62-65% IACS(远超常规铝合金)

　　热导率：220-240 W/(m·K)

　　热膨胀系数：21.5×10⁻⁶/°C

　　密度：2.71 g/cm³

　　力学性能(T8状态)

　　抗拉强度：320-350 MPa

　　屈服强度：280-310 MPa

　　延伸率：12-15%

　　疲劳极限：120 MPa(10⁸次循环)

　　四大核心优势

　　"双高"特性：

　　导电率比6061高40%

　　强度比纯铝高3倍

　　特殊热性能：

　　热扩散系数：92 mm²/s

　　比热容：900 J/(kg·K)

　　极端环境稳定性：

　　工作温度：-200至200°C

　　抗热震性能优异

　　加工友好性：

　　冷加工率可达80%不断裂

　　焊接裂纹敏感性指数<3%

　　典型应用场景

　　电力电子领域

　　高压开关触头

　　大功率IGBT基板

　　超导设备过渡连接件

　　热管理领域

　　5G基站均温板

　　芯片相变散热器

　　航天器热管壳体

　　特殊应用

　　粒子加速器真空腔体

　　核聚变装置壁材料

　　量子计算机冷却结构

　　微观结构特征

　　纳米级Al₃(Er,Zr)弥散相(2-5nm)

　　亚微米级Al-Si-RE复合相

　　超细等轴晶(晶粒尺寸<10μm)

　　特殊织构〈110〉取向

　　生产工艺关键

　　熔炼工艺：

　　采用真空熔铸技术

　　稀土元素添加系统

　　在线除气(氢含量<0.1ml/100g)

　　热机械处理：

　　开轧温度：420°C

　　终轧温度：280°C

　　冷却速率：30°C/s

　　多级均匀化：450°C×12h + 550°C×8h

　　控轧控冷工艺：

　　特殊时效：

　　预时效：100°C×24h

　　主时效：160°C×36h

　　深冷处理：-50°C×48h(可选)

　　材料对比分析

　　特性ALHIGHCE60611050C15720

　　导电率(%IACS)63436290

　　强度(MPa)33031090380

　　热导率(W/m·K)230170222340

　　成本系数2.51.00.86.0

　　使用技术指南

　　连接技术：

　　超声波焊接：振幅30-50μm，压力300-500N

　　低温钎焊：Sn-Ag-Cu系钎料，220-250°C

　　瞬间液相扩散焊：使用50μm Cu中间层

　　表面处理：

　　微弧氧化：形成50μm绝缘层(耐压>1000V)

　　化学镀镍：前处理需特殊活化工艺

　　激光毛化：Sa 1.5-3.0μm增强换热

　　机加工参数：

　　车削：VC=200-300m/min，f=0.1-0.2mm/r

　　铣削：ae=0.5-2mm，ap≤5mm

　　钻削：进给量0.05-0.1mm/rev