本发明属于铝合金开发，具体涉及一种高导热高强度al-cu-zn-mg-sn-re合金及其制备方法。
背景技术：
1、铝合金由于低密度、高强度、耐腐蚀、易加工等优点而用于各种结构件、壳体、散热件的制备，在5g通讯、风力发电、新能源汽车、轨道交通、航空航天、船舶等领域应用广泛。人们在体验新兴科技产业便捷性的同时也对其服务效率等提出更高的要求，造成相关设备的使用功率急剧提高。由于能量转化效率的限制，大量的电力和机械能未能得到充分利用而以热能形式释放，导致设备器件的自身温度升高。设备产热不仅浪费了能源动力，温度升高也对设备的工作效率和工作安全带来潜在危害，提高散热效率对设备的高效安全使用至关重要。
2、铝合金作为常用的结构材料，大量的研究致力于提高合金的力学、耐蚀、抗疲劳等服役性能，而对于合金的导热性能关注较少。同时，高温条件造成合金的强度损失也是高性能铝合金研究开发的重点内容。
3、cn117926088a公开了一种高导热al-si-zn-mg铝型材导热率可达到185 w/(m·k)，但合金的室温力学性能较低，最高抗拉强度仅为189mpa。合金具有较好的导热率，但强度和延伸率相对不足。
4、cn117721351a公布了一种高强高导电导热铝合金，包括mg 0.50～0.90wt.%、si0.40～0.65wt.%、zr 0.05～0.20wt.%、ce 0.10～0.30wt.%、sr 0.0005～0.01wt.%，抗拉强度≥350mpa，延伸率≥5.8%，服役温度为90℃时，热导率≥190w/(m·k)。
5、cn118006976a公开了散热器用高导热率铝型材，主要成分为si 0.42～0.47wt.%和mg 0.43～0.48wt.%，铝型材的抗拉强度≥250mpa，屈服强度≥210mpa，断后伸长率≥12%，导热率≥195w/(m·k)。虽然当前al合金的导热性能有所改善，但是由于合金导热性和强度的矛盾，合金的强度、延伸率、高温力学性能不足等问题仍然没有得到有效解决。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种高导热高强度al-cu-zn-mg-sn-re合金及其制备方法。
2、本发明所采取的技术方案是：
3、第一个方面，本发明提供一种高导热高强度al-cu-zn-mg-sn-re合金，以质量百分比计，所述合金的组成为：cu 3.8～4.4%、zn 2.0～4.0%、mg 0.8～1.5%、sn 0.05～0.3%、mn0.1～0.4%、ti 0.10～0.2%，过渡元素和稀土元素共计0.1～0.6%，余量为al和不可避免的杂质元素。
4、在一些实例中，所述zn的质量百分比含量为2.8～3.5%。
5、在一些实例中，所述sn的质量百分比含量为0.05～0.1%。
6、在一些实例中，以质量百分比计，所述过渡金属元素的组成为：ag 0.1～0.2%，zr0.05～0.2%，hf 0.05～0.3%。
7、在一些实例中，以质量百分比计，所述稀土金属的含量为：eu 0.05～0.2%。
8、在一些实例中，所述al-cu-zn-mg-sn-re合金的高温强度≥450 mpa，导热率≥185w/(m·k)。
9、第二个方面，本发明第一个方面所述的al-cu-zn-mg-sn-re合金的制备方法，包括以下步骤：
10、a)按合金元素组成称取合金原料进行熔炼，熔炼温度740℃～760℃，除渣搅拌均匀；
11、b)在680℃～710℃采用保护气氛条件进行精炼，除渣过滤，在710℃～730℃浇铸得到合金铸锭；
12、c)取步骤2)制备的合金铸锭，在450～500℃均匀化处理30～36h，降至室温后再进行高低温循环时效处理48～72h，得到所述高导热高强度al-cu-zn-mg-sn-re合金。
13、在一些实例中，所述高低温循环时效处理的实施方法为：在160～170℃之间高温时效处理30min，然后降至-10～0℃之间低温时效处理30min，再升温循环操作。
14、在一些实例中，所述高低温循环时效处理的温度变化速率为15～25℃/min。
15、在一些实例中，所述高低温循环时效处理的单次循环时间为10～12h，循环时效处理的频率为4～6次。
16、本发明的有益效果是：
17、本发明针对现有铝合金热导率低、强度和热导率矛盾、高温性能衰减等问题，发明了一种含过渡元素zr、hf及稀土nd的高zn含量的al-cu-zn-mg-sn-re合金，该合金强度高、导热性优异、抗高温能力优异，可用于各类壳体、结构件、散热件，有效避免由于电器设备散热不足造成的发热严重、高温服役性能不足、使用效率降低等问题，显著提高了合金的力学和导热性能。
18、本发明的al-cu-zn-mg-sn-re合金的主要合金成分提高了zn元素含量，zn含量为2.8~3.5%时，合金的时效析出相为板条状s相、球状t相和针状η相。多种强化相的协同强化使合金获得高强度。循环时效工艺的循环周期内高温时效时间延长，η相和t相的数密度显著增加，析出相数密度增加的同时，析出相的尺寸均保持了相对稳定，尤其是大尺寸板条状s相未发生明显的粗化。尺寸均匀的析出相数密度增加使强化相对位错运动的阻碍作用增强，合金的强度达到最佳。
19、本发明的al-cu-zn-mg-sn-re合金的主要合金成分添加了0.05～0.1%sn，在时效过程中，sn与cu反应形成cu6sn5金属间化合物，有效地固定一部分铜，降低其在晶格中的固溶度，提高了电子和声子的平均自由程，从而提升了合金的导热性能。同时，高温时效过程中在铝合金基体中形成大量细小弥散的析出相，再进行低温时效处理，抑制析出相的长大，使得析出相仍然维持细小弥散状态，这种金属间化合物具有很高的硬度和强度，阻碍位错的运动，从而提高合金的强度。
20、本发明的al-cu-zn-mg-sn-re合金加入了ag元素，当ag添加量为0.1～0.2%时，一方面，银作为形核质点促进t相和s相的沉淀析出，减少畸变应力场对电子的散射作用；另一方面，由于ag原子通过阻碍zn扩散到沉淀物中，直接阻止了η-mgzn型纳米沉淀物的粗化。
21、ti和zr是铝合金最常用的微量元素，铝合金添加ti和zr会与al形成的al3ti和al3zr颗粒，这些粒子可作为α-al的非均形核质点，使晶粒细化。热处理过程中析出的亚稳态l12-al3m粒子能阻碍再结晶，提高再结晶温度和力学性能。但高数量密度的l12-al3m粒子的粗化趋势较大，温度升高使其快速长大，有利于导热性能的提高，但粒子粗化使数密度降低，造成第二相强化效果降低。
22、组合添加ti和zr可以促进纳米l12-al3(ti, zr)弥散体的析出，同时阻碍亚稳态l12-al3zr相的粗化和转变。弥散颗粒会钉扎亚晶界和位错，阻碍晶粒的生长和再结晶。hf是有效的铝合金微合金化元素，添加hf在快速凝固条件下可以形成亚稳态l12-al3hf颗粒，初生l12-al3hf可以作为α-al的理想非均匀成核位点，影响晶粒的形貌、大小和取向。hf在铝中的扩散系数低，hf原子在半共格界面的偏聚导致界面能的降低，提高了析出相的热稳定性，hf通过抑制强化相的粗化，提高合金的高温强度。al-cu-si-hf合金基体中hf和si原子的存在影响了cu的扩散，有助于延缓基体析出相的长大。相比于sc，al-cu合金中添加hf不会形成微米级粗大第二相，避免大量粗大第二相对合金力学与抗腐蚀性能的不利影响。
23、稀土在铝合金中起到的细化机制有两种观点：一种是re添加形成了al3re相，al3re充当了α-al相的异质核心，促进了铝基体凝固时的大量形核，从而细化基体晶粒。稀土元素eu添加并不改变主要强化相的组成，eu能有效地提高al合金的再结晶温度和晶粒细化，eu可同时提高屈服强度和伸长率。同时，eu会影响cu原子的扩散速率使其降低，从而延缓强化相的粗化和转化，提高合金的高温强度。稀土元素eu改变了稀土元素附近al原子的分布，形成了新的化学键，并在一定程度上增强了原始化学键的结合强度。它增加了界面上的电子转移数量，减少了界面形成所需的界面能量，使界面更容易形成，并提高了界面的稳定性。合金的热传导和耐热性能得到提高。
1.一种高导热高强度al-cu-zn-mg-sn-re合金，其特征在于，以质量百分比计，所述合金的组成为：cu 3.8～4.4%、zn 2.0～4.0%、mg 0.8～1.5%、sn 0.05～0.3%、mn 0.1～0.4%、ti 0.10～0.2%，过渡元素和稀土元素共计0.1～0.6%，余量为al和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的al-cu-zn-mg-sn-re合金，其特征在于，所述zn的质量百分比含量为2.8～3.5%。
3.根据权利要求1所述的al-cu-zn-mg-sn-re合金，其特征在于，所述sn的质量百分比含量为0.05～0.1%。
4.根据权利要求1所述的al-cu-zn-mg-sn-re合金，其特征在于，以质量百分比计，所述过渡金属元素的组成为：ag 0.1～0.2%，zr 0.05～0.2%，hf 0.05～0.3%。
5.根据权利要求1所述的al-cu-zn-mg-sn-re合金，其特征在于，以质量百分比计，所述稀土金属的含量为：eu 0.05～0.2%。
6.根据权利要求1所述的al-cu-zn-mg-sn-re合金，其特征在于，所述al-cu-zn-mg-sn-re合金的高温强度≥450 mpa，导热率≥185w/(m·k)。
7.权利要求1～6任一项所述的al-cu-zn-mg-sn-re合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述高低温循环时效处理的实施方法为：在160～170℃之间高温时效处理30min，然后降至-10～0℃之间低温时效处理30min，再升温循环操作。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述高低温循环时效处理的温度变化速率为15～25℃/min。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述高低温循环时效处理的单次循环时间为10～12h，循环时效处理的频率为4～6次。
