銅鋁結合技術是什么？(鑄造鋁合金會產生哪些缺陷或質量問題？)
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銅鋁結合技術是什么？ ♂
散熱原理——銅鋁結合技術]，目前最常用的散熱片材料是銅和鋁合金，而鋁合金容易加工，成本低，所以也是應用最多的材料，相比之下，銅的瞬間吸熱能力比鋁合金好，但散熱的速度就較鋁合金要慢，考慮了銅和鋁這兩種材質各自的缺點，目前市場部分高端散熱器采用了銅鋁結合制造，這些散熱片通常都采用銅金屬底座，而散熱鰭片則還是采用鋁合金，除了銅底，也有散熱片使用銅柱等方法，也是相同的原理，憑借較高的導熱系數，銅制底面可以快速吸收CPU釋放的熱量；鋁制鰭片可以借助復雜的工藝手段制成最有利于散熱的形狀，并提供較大的儲熱空間并快速釋放，這在各方面找到了的一個均衡點，熱量從CPU核心散發到散熱片表面，是一個熱傳導過程，對于散熱片的底座而言，由于直接與高熱量的小面積熱源接觸，這就要求底座能夠迅速將熱量傳導開來，散熱片選用較高導熱系數的材料對提高熱傳導效率很有幫助，如鋁的導熱系為735KJ/(M.H.K)，銅的導熱系數為1386KJ/(M.H.K)，相比較起來同樣體積的散熱片，銅的重量是鋁的3倍；而鋁的比熱僅為銅的2.3倍。
所以相同體積下，銅散熱片可以比鋁散熱片容納更多的熱量，升溫更慢，同樣一塊厚度的底部，銅不但可以快速引走CPU Die的溫度，自己的溫度上升也比鋁的散熱片緩慢，因此銅更適合做成散熱器的底面，當然，兩種金屬的結合比較困難，銅和鋁之間的親和力較差，如果接合處理不好，便會產生較大的介面熱阻（即兩種金屬之間由于不充分接觸而產生的熱阻），在實際設計和制造中，廠商總是盡可能降低介面熱阻，揚長避短，常見的銅鋁結合工藝有：。
1，扦焊，扦焊是采用熔點比母材熔點低的金屬材料作為焊料，在低于母材熔點而高于焊料熔點的溫度下，利用液態焊料潤濕母材，填充接頭間隙，然后冷凝形成牢固接合界面的焊接方法，主要工序有：材料前處理、組裝、加熱焊接、冷卻、后處理等工序，常用的扦焊方式是錫扦焊,鋁表面在空氣中會形成一層非常穩定的氧化層(AL2O3),使銅鋁焊接難度較高,這是阻礙焊接的最大因素，必須要將其去除或采用化學方法將其去除后并電鍍一層鎳或其它容易焊接的金屬，這樣銅鋁才能順利焊接在一起，散熱片上的銅底是進行熱的傳導，要求的不僅是機械強度，更重要的是焊接的面積要大(焊著率要高)，才能有效地提升散熱效能，否則不斷不會提升散熱效能，反而會使其比全鋁合金的散熱片更加糟糕，2，貼片、螺絲鎖合:，貼片工藝是將薄銅片通過螺絲與鋁制底面結合。
這樣做的主要目的是增加散熱器的瞬間吸熱能力，延長一部分本身設計成熟的純鋁散熱器的生命周期，經過測試發現：在鋁散熱片底部與銅塊之間使用高性能導熱介質，施加80Kgf的力壓緊后用螺絲將其鎖緊，其散熱效果與銅鋁焊接的效果相當，同樣達到了預計的散熱效能提升幅度，這種方法較焊接簡單, 而且品質穩定，制程簡單，投入設備成本較焊接低，不過只是作為改進，所以性能提升不明顯，雖然有散熱膏填充，銅片與鋁底之間的不完全接觸仍然是熱量傳遞的最大障礙，主要工序有：銅片裁切、校平(平面度小于0.1mm、鉆孔、涂抹導熱介質鉆孔、攻牙、清洗、強力預壓程序、兩段式鎖合作業、定扭力鎖螺絲，其制程中主要控制好銅、鋁平面度和粗糙度，以及鎖螺絲的扭力等因素，即可得到一定的效能提升，是一種不錯的銅鋁結合方式，如果使用的導熱介質性能低劣，或是銅塊平整度不良，熱量就不能順利地傳導至鋁的散熱片表面，使散熱效果大打折扣，另外，螺絲的鎖合力和銅材的純度不夠，都是不良的影響因素。
3.塞銅 嵌銅，塞銅方式主要有兩種，一種是將銅片嵌入鋁制底板中，常見于用鋁擠壓工藝制造的散熱器中，由于鋁制散熱器底部的厚度有限，嵌入銅片的體積也受到限制，增加銅片的主要目的是加強散熱器的瞬間吸熱能力，而且與鋁制散熱器的接觸也很有限，所以大多數情況下，這種銅鋁散熱器比鋁制散熱器的效果好不了多少，在接觸不良的情況下，甚至為妨礙散熱，還有一種是將銅柱嵌入鰭片呈放射狀的鋁制散熱器中，Intel原裝散熱器就是采用了這樣的設計。
銅柱的體積較大，與散熱器的接觸較為充分，采用銅柱后，散熱器的熱容量和瞬間吸熱能力都能增長，這種設計也是目前OEM采用較多的，比較少見的三角底座，工藝一般有兩種：，1機械式壓合：，機械式壓合方式是將一塊直徑尺寸大于鋁孔徑的銅塊，通過機械的方式，將其壓合在一起，因為鋁有延展性，所以銅可以在常溫下與鋁質散熱片結合，這種方式的結合的效果也是比較可觀，但有一個致命的缺點就是銅在被擠壓進入鋁孔的過程中，鋁孔內表面容易被銅刮傷，嚴重影響熱的傳導，這要通過合理搭配過盈量以及優化設計銅塊的形狀來避免此類問題的產生，2熱脹冷縮結合:，在鋁的散熱片底部加工一個直徑=D1的圓孔，另外做一個直徑=D1+0.1MM的銅柱，利用金屬材料的熱脹冷縮特點，將鋁質散熱片加熱至400℃，其受熱膨脹圓孔直徑擴張至D1+0.2MM以上。
利用專門機器在高溫下將常溫（或冷卻后的）銅柱快速塞入鋁質散熱片之圓孔內，待其冷卻收縮后，銅柱與鋁質散熱片就能緊密結合一體，這也是一種可靠的方法，其銅鋁穩定性很高，由于沒有使用第三方介質，結合緊密度最佳，塞銅工藝可以大幅度降低接觸面間的熱阻，不但保證了銅鋁結合的緊密程度，更充分利用了兩種金屬材料的散熱特性，但要注意銅柱和圓孔的直徑尺寸及表面粗糙度的品質控制，這些會對其散熱效果有一定的影響，在經過塞銅工藝處理后，散熱器底面往往還要經過“銑”和“磨”處理，銑工藝針對塞銅處理中的銅芯，磨工藝則針對整個散熱片底部進行磨平處理，4．鍛造工藝（冷鍛），鍛造工藝主要由ALPHA公司掌握，其是在金屬的特殊物理狀態（降伏狀態）下用高壓將其壓入鍛造模具，并在模具上預置銅塊，塞入降伏態的鋁中，由于降伏態時鋁的特殊性質（非液態，柔軟，易于加工），銅和鋁可以完美的結合，達到中間無空隙，介面熱阻很小。
鍛造工藝難度大，成本高，所以成品價格高昂，屬于非主流產品，采用這種工藝的散熱片一般都帶有許多密密麻麻的針狀鰭片，這種工藝制造的散熱片樣式豐富，設計的想象空間較大，但成本也相對較高，5．插齒（Crimped Fin）技術大膽改進傳統的銅鋁結合技術，先將銅板刨出細槽，然后插入鋁片，其利用60噸以上的壓力，把鋁片結合在銅片的基座中，并且鋁和銅之間沒有使用任何介質，從微觀上看鋁和銅的原子在某種程度上相互連接，從而徹底避免了傳統的銅鋁結合產生介面熱阻的弊端，大大提高了產品的熱傳到能力，并且可以生產銅片插鋁座，銅片插銅座等各種工藝產品，來滿足不同的散熱熱需求，這種技術充分的延長了一部分銅鋁結合技術的壽命，除了上面介紹的外，還有一些銅鋁結合的方法，但工藝主要都是得保證銅與鋁的熱接觸面的結合品質。
否則其散熱效果還不如全鋁合金散熱片，新的制程是需要不斷驗證，不斷改進，最終才會達成預期的效果，在選用銅鋁結合的散熱器時切不可只看外觀，只有實際對比才能買到一個品質優良的銅鋁結合散熱器。
鑄造鋁合金會產生哪些缺陷或質量問題？ ♂
鑄造鋁合金缺陷及分析，[size=3]一 氧化夾渣，缺陷特征：氧化夾渣多分布在鑄件的上表面，在鑄型不通氣的轉角部位，斷口多呈灰白色或黃色，經x光透視或在機械加工時發現，也可在堿洗、酸洗或陽極化時發現，產生原因：，1．爐料不清潔，回爐料使用量過多，2.澆注系統設計不良。
3．合金液中的熔渣未清除干凈，4．澆注操作不當，帶入夾渣，5.精煉變質處理后靜置時間不夠，防止方法：，1．爐料應經過吹砂，回爐料的使用量適當降低，2．改進澆注系統設計，提高其擋渣能力，3.采用適當的熔劑去渣，4．澆注時應當平穩并應注意擋渣。
5．精煉后澆注前合金液應靜置一定時間，二 氣孔 氣泡，缺陷特征：三鑄件壁內氣孔一般呈圓形或橢圓形，具有光滑的表面，一般是發亮的氧化皮，有時呈油黃色，表面氣孔、氣泡可通過噴砂發現，內部氣孔 氣泡可通過X光透視或機械加工發現氣孔 氣泡在X光底片上呈黑色，產生原因：，1．澆注合金不平穩，卷入氣體，2．型(芯)砂中混入有機雜質(如煤屑、草根 馬糞等)。
3．鑄型和砂芯通氣不良，4．冷鐵表面有縮孔，5．澆注系統設計不良，防止方法 ：，1．正確掌握澆注速度，避免卷入氣體，2．型(芯)砂中不得混入有機雜質以減少造型材料的發氣量，3．改善(芯)砂的排氣能力。
4．正確選用及處理冷鐵，5．改進澆注系統設計，三 縮松，缺陷特征：鋁鑄件縮松一般產生在內澆道附近飛冒口根部厚大部位、壁的厚薄轉接處和具有大平面的薄壁處，在鑄態時斷口為灰色，淺黃色經熱處理后為灰白淺黃或灰黑色在x光底片上呈云霧狀嚴重的呈絲狀縮松可通過X光、熒光低倍 斷口等檢查方法發現，產生原因：，1．冒口補縮作用差。
2．爐料含氣量太多，3．內澆道附近過熱，4．砂型水分過多，砂芯未烘干，5．合金晶粒粗大，6．鑄件在鑄型中的位置不當，7．澆注溫度過高，澆注速度太快，防止方法：。
1．從冒口補澆金屬液，改進冒口設計，2．爐料應清潔無腐蝕，3．鑄件縮松處設置冒口，安放冷鐵或冷鐵與冒口聯用，4．控制型砂水分，和砂芯干燥，5．采取細化品粒的措施，6．改進鑄件在鑄型中的位置降低澆注溫度和澆注速度，四 裂紋，缺陷特征 :。
1．鑄造裂紋，沿晶界發展，常伴有偏析，是一種在較高溫度下形成的裂紋在體積收縮較大的合金和形狀較復雜的鑄件容易出現，2．熱處理裂紋：由于熱處理過燒或過熱引起，常呈穿晶裂紋，常在產生應力和熱膨張系數較大的合金冷卻過劇，或存在其他冶金缺陷時產生，產生原因：。
1．鑄件結構設計不合理，有尖角，壁的厚薄變化過于懸殊，2．砂型(芯)退讓性不良，3．鑄型局部過熱，4．澆注溫度過高，5．自鑄型中取出鑄件過早，6．熱處理過熱或過燒，冷卻速度過激，防止方法:，1．改進鑄件結構設計，避免尖角，壁厚力求均勻，圓滑過渡，2．采取增大砂型(芯)退讓性的措施。
3．保證鑄件各部分同時凝固或順序凝固，改進澆注系統設計，4．適當降低澆注溫度，5．控制鑄型冷卻出型時間，6．鑄件變形時采用熱校正法，7．正確控制熱處理溫度，降低淬火冷卻速度，氣孔分析，壓鑄件缺陷中，出現最多的是氣孔，氣孔特征。
有光滑的表面，形狀是圓形或橢圓形，表現形式可以在鑄件表面、或皮下針孔、也可能在鑄件內部，（1）氣體來源，1） 合金液析出氣體—a與原材料有關 b與熔煉工藝有關，2） 壓鑄過程中卷入氣體?—a與壓鑄工藝參數有關 b與模具結構有關，3） 脫模劑分解產生氣體?—a與涂料本身特性有關 b與噴涂工藝有關，（2）原材料及熔煉過程產生氣體分析，鋁液中的氣體主要是氫，約占了氣體總量的85%，熔煉溫度越高，氫在鋁液中溶解度越高，但在固態鋁中溶解度非常低，因此在凝固過程中，氫析出形成氣孔，氫的來源：。
1） 大氣中水蒸氣，金屬液從潮濕空氣中吸氫，2） 原材料本身含氫量，合金錠表面潮濕，回爐料臟，油污，3） 工具、熔劑潮濕，（3）壓鑄過程產生氣體分析，由于壓室、澆注系統、型腔均與大氣相通，而金屬液是以高壓、高速充填，如果不能實現有序、平穩的流動狀態，金屬液產生渦流，會把氣體卷進去，壓鑄工藝制定需考慮以下問題：，1） 金屬液在澆注系統內能否干凈、平穩地流動，不會產生分離和渦流，2） 有沒有尖角區或死亡區存在，3） 澆注系統是否有截面積的變化，4） 排氣槽、溢流槽位置是否正確。
是否夠大，是否會被堵住，氣體能否有效、順暢排出，應用計算機模擬充填過程，就是為了分析以上現象，以作判斷來選擇合理的工藝參數，（4）涂料產生氣體分析，涂料性能：如發氣量大對鑄件氣孔率有直接影響，噴涂工藝：使用量過多，造成氣體揮發量大，沖頭潤滑劑太多，或被燒焦，都是氣體的來源，（5）解決壓鑄件氣孔的辦法，先分析出是什么原因導致的氣孔，再來取相應的措施。
1） 干燥、干凈的合金料，2） 控制熔煉溫度，避免過熱，進行除氣處理，3） 合理選擇壓鑄工藝參數，特別是壓射速度，調整高速切換起點，4） 順序填充有利于型腔氣體排出，直澆道和橫澆道有足夠的長度（>50mm），以利于合金液平穩流動和氣體有機會排出，可改變澆口厚度、澆口方向、在形成氣孔的位置設置溢流槽、排氣槽，溢流品截面積總和不能小于內澆口截面積總和的60%，否則排渣效果差，5） 選擇性能好的涂料及控制噴涂量，解決缺陷的思路。
由于每一種缺陷的產生原因來自多個不同的影響因素，因此在實際生產中要解決問題，面對眾多原因到底是非功過先調機，還是先換料，或先修改模具，建議按難易程度，先簡后復雜去處理，其次序：，1） 清理分型面，清理型腔，清理頂桿；改善涂料、改善噴涂工藝；增大鎖模力，增加澆注金屬量，這些靠簡單操作即可實施的措施，2） 調整工藝參數、壓射力、壓射速度、充型時間、開模時間，澆注溫度、模具溫度等，3） 換料，選擇質優的鋁合金錠，改變新料與回爐料的比例，改進熔煉工藝。
4） 修改模具，修改澆注系統，增加內澆口，增設溢流槽、排氣槽等，例如壓鑄件產生飛邊的原因有：，1） 壓鑄機問題：鎖模力調整不對，2） 工藝問題：壓射速度過高，形成壓力沖擊峰過高，3） 模具問題：變形，分型面上雜物，鑲塊、滑塊有磨損不平齊，模板強度不夠，解決飛邊的措施順序：清理分型面→提高鎖模力→調整工藝參數→修復模具磨損部位→提高模具剛度。
從易到難，每做一步改進，先檢驗其效果，不行再進行第二步。
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