技術領域
本發明涉及LED散熱技術領域，具體是一種適用于LED的鋁合金散熱材料及其制備方法及用途。
背景技術：
LED(Light Emitting Diode，發光二極管)是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件。LED具有節能、環保、壽命長、體積小等特點，可以廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域。但目前LED產業的持續發展仍面臨技術挑戰，其中LED散熱是一個亟待解決的問題！LED燈對散熱要求高，有70％的LED燈故障是因散熱不及時引起的，LED產生的熱量90％是通過傳導方式向外擴散。目前影響LED燈壽命的關鍵即光源品質和整燈散熱效果，亟需開發高性能散熱材料。
傳統材料上，銅的熱導率最高，是很好的散熱材料，但銅的成本高、密度大，限制了其在散熱器上的應用；鋁的熱導率較高、成本較低，是散熱器的主要材料；鎂的熱導率較銅和鋁差，但是鎂合金的散熱性能優于銅合金和鋁合金。因此，在保證鋁合金的熱導效果的前提下，如何提高鋁合金的散熱性能是亟需解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種適用于LED的散熱效果好的鋁合金散熱材料及其制備方法及用途。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種適用于LED的鋁合金散熱材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹0.8～4.5％、鈧0.08～0.15％、鎘0.02～0.06％，余量為鋁。
作為本發明進一步的方案：所述鋁的質量純度≥99.8％。
作為本發明進一步的方案：由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹1.8～3.5％、鈧0.10～0.12％、鎘0.03～0.05％，余量為鋁。
作為本發明進一步的方案：由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹2.8％、鈧0.10％、鎘0.04％，余量為鋁。
所述的適用于LED的鋁合金散熱材料的制備方法，包括以下步驟：
1)爐料準備：按照所需元素配比稱取金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧和金屬鎘，按所稱取原料總質量的0.25～0.28％稱取六氯乙烷精煉劑，配制好第一覆蓋劑和第二覆蓋劑；第一覆蓋劑按質量百分比的原料由炭黑70～78％和蛭石22～30％組成；第二覆蓋劑按質量百分比的原料由石灰石30～45％和凹凸棒土55～70％組成；
2)爐料預處理：將準備好的金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧、金屬鎘進行除油、吹砂處理，并將金屬鈹、金屬鈧粉碎成粒徑≤1mm的顆粒狀；將金屬鋁、金屬鎘、顆粒狀金屬鈹和顆粒狀金屬鈧預熱至300～400℃，分別將配制好的第一覆蓋劑、第二覆蓋劑粉碎并存放于95～110℃的干燥箱內干燥3～5小時；
3)熔煉處理：將石墨坩堝放入熔煉爐中預熱至暗紅色后，先加入在步驟2)中預熱的80～85％的金屬鋁，升溫至金屬鋁熔化為鋁液，立即撈渣，然后撒上第一覆蓋劑，繼續升溫至1050～1100℃，除去鋁液表面上的第一覆蓋劑，然后加入步驟2)中預處理的的顆粒狀金屬鈹，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈹全熔后加入余下的金屬鋁，金屬鋁全熔后加入步驟2)中預處理的顆粒狀金屬鈧，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈧全熔后加入金屬鎘，充分攪拌均勻，然后撒一層第二覆蓋劑覆蓋液面，以免出現液面燃燒及氧化現象；
4)精煉澆注：將溫度調至750～780℃，用六氯乙烷精煉劑進行精煉處理，精煉時間為25～30min，精煉過程中反復攪拌，精煉后靜置15～20min，最后將溫度調至720～750℃進行撈渣，撈渣后將制備好的合金液直接澆入成型模具中，冷卻后脫模，經過精加工后得到鋁合金散熱材料。
所述的鋁合金散熱材料在制備LED散熱型材中的用途。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
本發明通過在純鋁中摻入一定量的高熱導高比熱的金屬鈹、高強度和塑性的金屬鈧、較高抗拉強度和耐磨性的金屬鎘，制成一種鋁合金散熱材料，在25℃條件下，該鋁合金散熱材料的熱導率大約為223～232W/(m·K)，相同試驗條件下(試驗環境、電功率、電流等)，相對于AZ91鎂合金，該鋁合金散熱材料的結點溫度下降了1.94～2.85℃,10000h光衰下降了1.96～2.53％，使用壽命延長了15.3～18.9％，顯示出良好的散熱性能。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
實施例1
本發明實施例中，一種適用于LED的鋁合金散熱材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹0.8％、鈧0.08％、鎘0.02％，余量為鋁(質量純度≥99.8％)。
所述的適用于LED的鋁合金散熱材料的制備方法，包括以下步驟：
1)爐料準備：按照所需元素配比稱取金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧和金屬鎘，按所稱取原料總質量的0.28％稱取六氯乙烷精煉劑，配制好第一覆蓋劑和第二覆蓋劑；第一覆蓋劑按質量百分比的原料由炭黑70％和蛭石30％組成；第二覆蓋劑按質量百分比的原料由石灰石30％和凹凸棒土70％組成；
2)爐料預處理：將準備好的金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧、金屬鎘進行除油、吹砂處理，并將金屬鈹、金屬鈧粉碎成粒徑≤1mm的顆粒狀；將金屬鋁、金屬鎘、顆粒狀金屬鈹和顆粒狀金屬鈧預熱至300℃，分別將配制好的第一覆蓋劑、第二覆蓋劑粉碎并存放于95℃的干燥箱內干燥5小時；
3)熔煉處理：將石墨坩堝放入熔煉爐中預熱至暗紅色后，先加入在步驟2)中預熱的80％的金屬鋁，升溫至金屬鋁熔化為鋁液，立即撈渣，然后撒上第一覆蓋劑，繼續升溫至1050℃，除去鋁液表面上的第一覆蓋劑，然后加入步驟2)中預處理的的顆粒狀金屬鈹，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈹全熔后加入余下的金屬鋁，金屬鋁全熔后加入步驟2)中預處理的顆粒狀金屬鈧，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈧全熔后加入金屬鎘，充分攪拌均勻，然后撒一層第二覆蓋劑覆蓋液面，以免出現液面燃燒及氧化現象；
4)精煉澆注：將溫度調至750℃，用六氯乙烷精煉劑進行精煉處理，精煉時間為30min，精煉過程中反復攪拌，精煉后靜置15min，最后將溫度調至720℃進行撈渣，撈渣后將制備好的合金液直接澆入成型模具中，冷卻后脫模，經過精加工后得到鋁合金散熱材料。
實施例2
本發明實施例中，一種適用于LED的鋁合金散熱材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹4.5％、鈧0.15％、鎘0.06％，余量為鋁(質量純度≥99.8％)。
所述的適用于LED的鋁合金散熱材料的制備方法，包括以下步驟：
1)爐料準備：按照所需元素配比稱取金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧和金屬鎘，按所稱取原料總質量的0.25％稱取六氯乙烷精煉劑，配制好第一覆蓋劑和第二覆蓋劑；第一覆蓋劑按質量百分比的原料由炭黑78％和蛭石22％組成；第二覆蓋劑按質量百分比的原料由石灰石45％和凹凸棒土55％組成；
2)爐料預處理：將準備好的金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧、金屬鎘進行除油、吹砂處理，并將金屬鈹、金屬鈧粉碎成粒徑≤1mm的顆粒狀；將金屬鋁、金屬鎘、顆粒狀金屬鈹和顆粒狀金屬鈧預熱至400℃，分別將配制好的第一覆蓋劑、第二覆蓋劑粉碎并存放于110℃的干燥箱內干燥3小時；
3)熔煉處理：將石墨坩堝放入熔煉爐中預熱至暗紅色后，先加入在步驟2)中預熱的85％的金屬鋁，升溫至金屬鋁熔化為鋁液，立即撈渣，然后撒上第一覆蓋劑，繼續升溫至1100℃，除去鋁液表面上的第一覆蓋劑，然后加入步驟2)中預處理的的顆粒狀金屬鈹，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈹全熔后加入余下的金屬鋁，金屬鋁全熔后加入步驟2)中預處理的顆粒狀金屬鈧，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈧全熔后加入金屬鎘，充分攪拌均勻，然后撒一層第二覆蓋劑覆蓋液面，以免出現液面燃燒及氧化現象；
4)精煉澆注：將溫度調至780℃，用六氯乙烷精煉劑進行精煉處理，精煉時間為25min，精煉過程中反復攪拌，精煉后靜置20min，最后將溫度調至750℃進行撈渣，撈渣后將制備好的合金液直接澆入成型模具中，冷卻后脫模，經過精加工后得到鋁合金散熱材料。
實施例3
本發明實施例中，一種適用于LED的鋁合金散熱材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹0.8％、鈧0.15％、鎘0.06％，余量為鋁(質量純度≥99.8％)。
所述的適用于LED的鋁合金散熱材料的制備方法，包括以下步驟：
1)爐料準備：按照所需元素配比稱取金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧和金屬鎘，按所稱取原料總質量的0.26％稱取六氯乙烷精煉劑，配制好第一覆蓋劑和第二覆蓋劑；第一覆蓋劑按質量百分比的原料由炭黑74％和蛭石26％組成；第二覆蓋劑按質量百分比的原料由石灰石38％和凹凸棒土62％組成；
2)爐料預處理：將準備好的金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧、金屬鎘進行除油、吹砂處理，并將金屬鈹、金屬鈧粉碎成粒徑≤1mm的顆粒狀；將金屬鋁、金屬鎘、顆粒狀金屬鈹和顆粒狀金屬鈧預熱至350℃，分別將配制好的第一覆蓋劑、第二覆蓋劑粉碎并存放于105℃的干燥箱內干燥4小時；
3)熔煉處理：將石墨坩堝放入熔煉爐中預熱至暗紅色后，先加入在步驟2)中預熱的82％的金屬鋁，升溫至金屬鋁熔化為鋁液，立即撈渣，然后撒上第一覆蓋劑，繼續升溫至1080℃，除去鋁液表面上的第一覆蓋劑，然后加入步驟2)中預處理的的顆粒狀金屬鈹，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈹全熔后加入余下的金屬鋁，金屬鋁全熔后加入步驟2)中預處理的顆粒狀金屬鈧，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈧全熔后加入金屬鎘，充分攪拌均勻，然后撒一層第二覆蓋劑覆蓋液面，以免出現液面燃燒及氧化現象；
4)精煉澆注：將溫度調至760℃，用六氯乙烷精煉劑進行精煉處理，精煉時間為28min，精煉過程中反復攪拌，精煉后靜置18min，最后將溫度調至740℃進行撈渣，撈渣后將制備好的合金液直接澆入成型模具中，冷卻后脫模，經過精加工后得到鋁合金散熱材料。
實施例4
本發明實施例中，一種適用于LED的鋁合金散熱材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹4.5％、鈧0.08％、鎘0.02％，余量為鋁(質量純度≥99.8％)。
所述的適用于LED的鋁合金散熱材料的制備方法，包括以下步驟：
1)爐料準備：按照所需元素配比稱取金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧和金屬鎘，按所稱取原料總質量的0.26％稱取六氯乙烷精煉劑，配制好第一覆蓋劑和第二覆蓋劑；第一覆蓋劑按質量百分比的原料由炭黑74％和蛭石26％組成；第二覆蓋劑按質量百分比的原料由石灰石38％和凹凸棒土62％組成；
2)爐料預處理：將準備好的金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧、金屬鎘進行除油、吹砂處理，并將金屬鈹、金屬鈧粉碎成粒徑≤1mm的顆粒狀；將金屬鋁、金屬鎘、顆粒狀金屬鈹和顆粒狀金屬鈧預熱至350℃，分別將配制好的第一覆蓋劑、第二覆蓋劑粉碎并存放于105℃的干燥箱內干燥4小時；
3)熔煉處理：將石墨坩堝放入熔煉爐中預熱至暗紅色后，先加入在步驟2)中預熱的82％的金屬鋁，升溫至金屬鋁熔化為鋁液，立即撈渣，然后撒上第一覆蓋劑，繼續升溫至1080℃，除去鋁液表面上的第一覆蓋劑，然后加入步驟2)中預處理的的顆粒狀金屬鈹，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈹全熔后加入余下的金屬鋁，金屬鋁全熔后加入步驟2)中預處理的顆粒狀金屬鈧，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈧全熔后加入金屬鎘，充分攪拌均勻，然后撒一層第二覆蓋劑覆蓋液面，以免出現液面燃燒及氧化現象；
4)精煉澆注：將溫度調至760℃，用六氯乙烷精煉劑進行精煉處理，精煉時間為28min，精煉過程中反復攪拌，精煉后靜置18min，最后將溫度調至740℃進行撈渣，撈渣后將制備好的合金液直接澆入成型模具中，冷卻后脫模，經過精加工后得到鋁合金散熱材料。
實施例5
本發明實施例中，一種適用于LED的鋁合金散熱材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹2.8％、鈧0.10％、鎘0.04％，余量為鋁質量純度≥99.8％)。
所述的適用于LED的鋁合金散熱材料的制備方法，包括以下步驟：
1)爐料準備：按照所需元素配比稱取金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧和金屬鎘，按所稱取原料總質量的0.26％稱取六氯乙烷精煉劑，配制好第一覆蓋劑和第二覆蓋劑；第一覆蓋劑按質量百分比的原料由炭黑74％和蛭石26％組成；第二覆蓋劑按質量百分比的原料由石灰石38％和凹凸棒土62％組成；
2)爐料預處理：將準備好的金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧、金屬鎘進行除油、吹砂處理，并將金屬鈹、金屬鈧粉碎成粒徑≤1mm的顆粒狀；將金屬鋁、金屬鎘、顆粒狀金屬鈹和顆粒狀金屬鈧預熱至350℃，分別將配制好的第一覆蓋劑、第二覆蓋劑粉碎并存放于105℃的干燥箱內干燥4小時；
3)熔煉處理：將石墨坩堝放入熔煉爐中預熱至暗紅色后，先加入在步驟2)中預熱的82％的金屬鋁，升溫至金屬鋁熔化為鋁液，立即撈渣，然后撒上第一覆蓋劑，繼續升溫至1080℃，除去鋁液表面上的第一覆蓋劑，然后加入步驟2)中預處理的的顆粒狀金屬鈹，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈹全熔后加入余下的金屬鋁，金屬鋁全熔后加入步驟2)中預處理的顆粒狀金屬鈧，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈧全熔后加入金屬鎘，充分攪拌均勻，然后撒一層第二覆蓋劑覆蓋液面，以免出現液面燃燒及氧化現象；
4)精煉澆注：將溫度調至760℃，用六氯乙烷精煉劑進行精煉處理，精煉時間為28min，精煉過程中反復攪拌，精煉后靜置18min，最后將溫度調至740℃進行撈渣，撈渣后將制備好的合金液直接澆入成型模具中，冷卻后脫模，經過精加工后得到鋁合金散熱材料。
對比例1
一種適用于LED的鋁合金散熱材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹2.8％、鎘0.04％，余量為鋁質量純度≥99.8％)。
所述的適用于LED的鋁合金散熱材料的制備方法，包括以下步驟：
1)爐料準備：按照所需元素配比稱取金屬鋁、金屬鈹和金屬鎘，按所稱取原料總質量的0.26％稱取六氯乙烷精煉劑，配制好第一覆蓋劑和第二覆蓋劑；第一覆蓋劑按質量百分比的原料由炭黑74％和蛭石26％組成；第二覆蓋劑按質量百分比的原料由石灰石38％和凹凸棒土62％組成；
2)爐料預處理：將準備好的金屬鋁、金屬鈹、金屬鎘進行除油、吹砂處理，并將金屬鈹粉碎成粒徑≤1mm的顆粒狀；將金屬鋁、金屬鎘、顆粒狀金屬鈹預熱至350℃，分別將配制好的第一覆蓋劑、第二覆蓋劑粉碎并存放于105℃的干燥箱內干燥4小時；
3)熔煉處理：將石墨坩堝放入熔煉爐中預熱至暗紅色后，先加入在步驟2)中預熱的82％的金屬鋁，升溫至金屬鋁熔化為鋁液，立即撈渣，然后撒上第一覆蓋劑，繼續升溫至1080℃，除去鋁液表面上的第一覆蓋劑，然后加入步驟2)中預處理的的顆粒狀金屬鈹，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈹全熔后加入余下的金屬鋁，金屬鋁全熔后加入金屬鎘，充分攪拌均勻，然后撒一層第二覆蓋劑覆蓋液面，以免出現液面燃燒及氧化現象；
4)精煉澆注：將溫度調至760℃，用六氯乙烷精煉劑進行精煉處理，精煉時間為28min，精煉過程中反復攪拌，精煉后靜置18min，最后將溫度調至740℃進行撈渣，撈渣后將制備好的合金液直接澆入成型模具中，冷卻后脫模，經過精加工后得到鋁合金散熱材料。
對比例2
一種適用于LED的鋁合金散熱材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹2.8％、鈧0.10％，余量為鋁質量純度≥99.8％)。
所述的適用于LED的鋁合金散熱材料的制備方法，包括以下步驟：
1)爐料準備：按照所需元素配比稱取金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧，按所稱取原料總質量的0.26％稱取六氯乙烷精煉劑，配制好第一覆蓋劑和第二覆蓋劑；第一覆蓋劑按質量百分比的原料由炭黑74％和蛭石26％組成；第二覆蓋劑按質量百分比的原料由石灰石38％和凹凸棒土62％組成；
2)爐料預處理：將準備好的金屬鋁、金屬鈹、金屬鈧進行除油、吹砂處理，并將金屬鈹、金屬鈧粉碎成粒徑≤1mm的顆粒狀；將金屬鋁、顆粒狀金屬鈹和顆粒狀金屬鈧預熱至350℃，分別將配制好的第一覆蓋劑、第二覆蓋劑粉碎并存放于105℃的干燥箱內干燥4小時；
3)熔煉處理：將石墨坩堝放入熔煉爐中預熱至暗紅色后，先加入在步驟2)中預熱的82％的金屬鋁，升溫至金屬鋁熔化為鋁液，立即撈渣，然后撒上第一覆蓋劑，繼續升溫至1080℃，除去鋁液表面上的第一覆蓋劑，然后加入步驟2)中預處理的的顆粒狀金屬鈹，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈹全熔后加入余下的金屬鋁，金屬鋁全熔后加入步驟2)中預處理的顆粒狀金屬鈧，充分攪拌均勻，然后撒一層第二覆蓋劑覆蓋液面，以免出現液面燃燒及氧化現象；
4)精煉澆注：將溫度調至760℃，用六氯乙烷精煉劑進行精煉處理，精煉時間為28min，精煉過程中反復攪拌，精煉后靜置18min，最后將溫度調至740℃進行撈渣，撈渣后將制備好的合金液直接澆入成型模具中，冷卻后脫模，經過精加工后得到鋁合金散熱材料。
對比例3
一種適用于LED的鋁合金散熱材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鈹2.8％，余量為鋁質量純度≥99.8％)。
所述的適用于LED的鋁合金散熱材料的制備方法，包括以下步驟：
1)爐料準備：按照所需元素配比稱取金屬鋁、金屬鈹，按所稱取原料總質量的0.26％稱取六氯乙烷精煉劑，配制好第一覆蓋劑和第二覆蓋劑；第一覆蓋劑按質量百分比的原料由炭黑74％和蛭石26％組成；第二覆蓋劑按質量百分比的原料由石灰石38％和凹凸棒土62％組成；
2)爐料預處理：將準備好的金屬鋁、金屬鈹進行除油、吹砂處理，并將金屬鈹粉碎成粒徑≤1mm的顆粒狀；將金屬鋁和顆粒狀金屬鈹預熱至350℃，分別將配制好的第一覆蓋劑、第二覆蓋劑粉碎并存放于105℃的干燥箱內干燥4小時；
3)熔煉處理：將石墨坩堝放入熔煉爐中預熱至暗紅色后，先加入在步驟2)中預熱的82％的金屬鋁，升溫至金屬鋁熔化為鋁液，立即撈渣，然后撒上第一覆蓋劑，繼續升溫至1080℃，除去鋁液表面上的第一覆蓋劑，然后加入步驟2)中預處理的的顆粒狀金屬鈹，充分攪拌，待顆粒狀金屬鈹全熔后加入余下的金屬鋁，充分攪拌均勻，然后撒一層第二覆蓋劑覆蓋液面，以免出現液面燃燒及氧化現象；
4)精煉澆注：將溫度調至760℃，用六氯乙烷精煉劑進行精煉處理，精煉時間為28min，精煉過程中反復攪拌，精煉后靜置18min，最后將溫度調至740℃進行撈渣，撈渣后將制備好的合金液直接澆入成型模具中，冷卻后脫模，經過精加工后得到鋁合金散熱材料。
在25℃條件下，對上述發明實施例1～5以及對比例1～3制得的鋁合金散熱材料進行熱導率的測試，測得的結果如下表1所示。
此外，以AZ91鎂合金為對比，對上述發明實施例1～5以及對比例1～3制得的鋁合金散熱材料進行散熱性試驗，試驗條件為：5W LED燈，驅動電流1000mA；通電時間87～140min；取樣間隔5s；出光方向水平；散熱環境室內自然對流。試驗結果如下表1所示。
由表1中數據可以看出：在25℃條件下，本發明制備的鋁合金散熱材料的熱導率大約為223～232W/(m·K)；相對于AZ91鎂合金，該鋁合金散熱材料的結點溫度下降了1.94～2.85℃,10000h光衰下降了1.96～2.53％，使用壽命延長了15.3～18.9％，顯示出良好的散熱性能。
表1各組的性能對比
對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。