ALCA5模具铝深度技术解析

一、材料定位与核心特性

ALCA5是日本轻金属株式会社（Nippon Light Metal）开发的高强度压铸铝合金，专为精密模具和结构件设计，具有以下核心优势：

超高强度（T6状态抗拉强度≥400MPa）

优异铸造性能（流动性指数85，优于ADC12）

良好耐蚀性（盐雾试验500小时无点蚀）

卓越尺寸稳定性（热膨胀系数21.5×10⁻⁶/℃）

ALCA5化学成分：

铝 Al ：余量 ;

硅 Si ：0.25;

铜 Cu ：0.10;

镁 g：2.2～2.8;

锌 Zn：0.10;

锰 n：0.10;

铬 Cr：0.15～0.35 ;

铁 Fe： 0.4 0 。

ALCA5力学性能

抗拉强度(σb ) ：170～305Pa

条件屈服强度 σ0.2 (Pa)≥65

弹性模量(E)： 69.3～70.7Gpa

退火温度为：345℃。

质量特征

密度：2.80g/c3。

弹性模量：平均拉伸和压缩力：72.4GPa(10.5×106psi);压缩比拉伸的模量大。

刚性模量：27.5GPa(4×106psi)

ALCA5热处理规范：

均匀化退火:加热440℃;保温12～14h;空冷。

快速退火:加热350～410℃;保温时间30～120in;空或水冷。

高温退火:加热350～420℃;成品厚度≥6或<6时,保温时间为2～10in或10～30in;空冷。

低温退火:加热250～300℃或150～180℃;保温时间为1～2h,空冷.

二、关键性能参数

1. 机械性能对比（T6状态）

参数ALCA5ADC12A3806061-T6

抗拉强度(MPa)400-430280-320320-350310

屈服强度(MPa)350-380220-250240-270275

延伸率(%)3-51-32-412

硬度(HB)140-16080-9085-9595

2. 热物理性能

特性数值工程意义

导热系数130W/(m·K)散热性优于钢模3倍

比热容0.90J/(g·K)快速温度响应

凝固收缩率1.2%降低缩孔倾向

三、典型应用领域

1. 高端压铸模具

5G基站壳体压铸模（尺寸精度±0.05mm）

新能源汽车电机壳体（耐热循环3000次以上）

超薄笔记本外壳（壁厚0.8mm成型）

2. 精密结构件

机器人关节部件（疲劳寿命10⁷次）

航空座椅支架（减重30% vs 钢件）

医疗CT机旋转部件（非磁性优势）

3. 特种工具

半导体封装模具（低污染特性）

热压成型模板（工作温度350℃）

光学镜筒模具（热变形<0.01mm/m）

四、加工与热处理技术

1. 机加工参数优化

工艺刀具类型切削速度进给量冷却方式

粗铣金刚石涂层180-220m/min0.15-0.2mm/齿微量润滑

精铣PCD刀具280-320m/min0.05-0.08mm/齿压缩空气

钻孔TiAlN涂层40-50m/min0.08-0.12mm/rev内冷油剂

2. 热处理规范

固溶处理：495℃±5℃/4h → 水淬（60℃）

人工时效：160℃±5℃/10h

稳定化处理：200℃/2h（精密件必备）

3. 表面强化方案

微弧氧化（膜厚50-80μm，HV≥1200）

纳米复合镀层（Al₂O₃-TiN，摩擦系数0.15）

激光熔覆（Al-Si-Cu合金，硬度HRC45）

五、失效分析与对策

失效模式根本原因解决方案

热疲劳裂纹急冷急热应力模面渗氮处理

熔损铝液侵蚀模面喷涂ZrO₂

尺寸漂移残余应力深冷处理(-120℃)

六、材料对比评估

特性ALCA5ADC12钢模P20

导热性★★★★☆★★★☆☆★☆☆☆☆

寿命成本比★★★★☆★★★☆☆★★☆☆☆

复杂成型性★★★★★★★★☆☆★★☆☆☆

维修便捷性★★★★★★★★★☆★★☆☆☆

工程选择建议： ALCA5特别适用于：

高导热要求的薄壁压铸件（如5G设备）

轻量化与强度并重的结构件（新能源汽车）

快速换模的试制生产（3D打印随形水路兼容）

其综合性能在铝合金模具材料中处于顶尖水平，在实现30%能耗降低的同时，模具寿命可达15-20万模次，是传统压铸铝ADC12的升级换代首选材料。