2013, Vol. 4引用本文 |
| LED用铝合金异型材的生产技术 |  [PDF全文] |
2. 江苏华昌铝厂有限公司，江苏 徐州 221600
2. Jiangsu Huachang Aluminum Co., Ltd., Xuzhou 221600, China
LED是新一代绿色照明光源，因其具有体积小、使用寿命长、辐射低、光效高、能耗低、环保无污染，使用的铝合金材料可再生利用，经济与环境效益明显等优点，面世以来已得到广泛的应用.随着LED的迅速发展，对LED用材料提出了更高的要求，如质量更轻、散热效果更好、强度更高、废旧资源可回收利用、加工性能更优良等.由于铝合金材料具有质轻、散热快、塑性好、美观耐用等优点，在LED照明方面已获得了大量的应用，而且在制造技术上, 挤压成形法与其他加工方法相比，具有产品尺寸偏差小、后续加工量少、制造成本低、工序简单等优点[1-6]，备受企业的青睐.下面简要介绍其生产过程.以供相关专业人员参考.
1 产品设计和化学成分控制所设计的LED用铝合金异型材的断面形状如图 1所示.该类LED异型材采用6063A铝合金铸棒，其化学成分如表 1所示.
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| 图 1 LED铝合金异型材截面形状示意图 |
| 表1 6063A铝合金的化学成分/wt% |
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从表 1的化学成分分析可见，6063A主要合金元素是铝、镁与硅，并形成Mg2Si相.配制合金时，将Mg、Si、Fe等元素含量分别控制在国标的下限，使生成的强化相Mg2Si减少，并使过剩Si与Fe的比例控制在2~3之间，以生成低显微硬度的Fe2Si2Al9；使强化相Mg2Si弥散分布，减小晶粒尺寸，提升铝棒的挤压性能；添加一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；添加少量的铜或锌，可以提高合金的强度，而不使其抗蚀性有明显降低.为保证合金成分的纯洁度，对铸锭的合金成分要严格控制杂质含量.铸锭要经过充分的均匀化处理，使铸锭的组织、性能均匀一致[7].
高品质的LED用6063A铝合金，是经过热处理预拉伸工艺（在热挤压后进行热处理然后再进行拉伸的工艺）生产的合金，具有优异的加工性能、优良的焊接性能和电镀性能及良好的抗腐蚀性能且韧性高、加工后不易变形，材料致密无缺陷、易于抛光或表面上色膜、氧化效果优良等特点，非常适合用做LED外壳材料.
2 制造模具的设计LED用铝合金型材中的散热片长而薄，采用大型挤压机制造时散热片要承受很大的挤压力，因此要求每个散热片的强度和韧性等力学性能要好.如果散热片之间在力学性能上存在较大差异，那么性能较差的散热片就容易断裂.因此需要合理设计和精确制造LED用铝合金型材的挤压模具并研究模具的各部分性能.本设计采用6个分流孔的结构，并设计壁厚大的部分由构成分流孔的分流桥遮挡，使分流桥起到拦截金属流动的作用，从而减缓此处金属的流动，使铝型材在挤出时各部位的速度趋向平稳.由于散热片与其根部底板厚度差十分大，所以在模具工作带设计时壁厚大的地方工作带可达20~30 mm，而散热片位置工作带需减到最小，以保证金属各处流动均匀.另外需设计为倒流模，避免铝棒直接挤压到工作带上.模具采用高纯氮气淬火，淬火后还要经3次回火，保证模具散热片尖部位的硬度[6-11].制造模具图如图 2所示.
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| 图 2 LED铝合金型材模具结构示意图 |
3 熔炼、铸造和铸锭均匀化工艺 3.1 熔炼、精炼生产工艺过程
在技术设备上采用旋转式节能熔铸炉.熔炼、精炼工艺技术条件如下：熔炼温度720~760 ℃，精炼温度720~750 ℃.生产过程：在720 ℃以上温度条件下用高纯氮气吹入精炼剂，精炼15 min，精炼剂用量为熔体重量的0.08 %，精炼后电磁搅拌15 min，然后将铝液静置20~30 min.通过严格控制铝合金熔体的化学成分，使材料达到所要求的物理力学性能.
3.2 铸造生产工艺过程生产过程采用半连续直接水冷铸造方法.直接水冷方法的冷却强度大，冷却速度高，可使合金铸棒组织均匀细化致密，从而增加合金内部组织结构的致密度，达到提高合金质量及挤压性能的目的.采用的铸锭规格Φ320 mm，铸造温度720~750 ℃，铸造速度50~70 mm/min，冷却水压0.1~0.3 MPa.为了减少热裂纹倾向，改善合金的组织结构，采用在线添加铝钛硼丝细化晶粒，加入的速度为1 700~2 000 mm/min.
3.3 合金铸棒的均匀化过程通过对合金铸棒进行均匀化处理，使得其内部金相组织呈均匀分布，消除对挤压性能不利的影响，达到改善型材的表面质量和提高其力学性能的目的.在生产过程中, 把合金铸棒加热到575~585 ℃时进行保温8 h，然后出炉并在空气中冷却降至室温即可[12-15].
4 挤压生产工艺过程由于LED铝合金异型材的结构比较复杂，外接圆尺寸较大，各齿间存在着危险断面，给生产制造带来很大难度.若用一般挤压工艺方法，在金属填充过程中模具散热片往往容易崩断，所以要特别注意的是在金属填充过程中须使挤压杆慢速前进，并使比压低于8 MPa, 要比普通的铝合金型材用30~40 MPa低很多，为此要慢速起压；只有在等到每一个散热片都均匀成形后才能逐渐加压加速生产[7].
LED铝合金异型材的挤压生产工艺技术参数如表 2所示.
| 表2 LED特种异型材的挤压生产工艺技术参数 |
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LED用挤压异型材在线淬火处理后需进行时效处理，时效处理的温度为200±5 ℃，保温时间：2~3 h.
5 型材的力学性能根据产品确定的化学成分与生产工艺制度所生产的LED用铝合金异型材，进行抽样分析测试的力学性能结果如表 3所示.
| 表3 LED铝合金异型材的力学性能 |
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上述检验结果表明，按工艺技术要求条件生产的LED用铝合金异型材产品，其力学性能指标等，达到了企业标准和国家标准的要求.
6 结束语经过优化合金的化学成分和优化模具设计制造，选择设计合理的铝合金铸造工艺和均匀化处理工艺与挤压工艺技术条件，在工业生产上，可以生产出高性能和品质优良的LED适用的铝合金异型材.
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