CN107502787B - 一种新能源电池盖防爆阀用铝合金带材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铝合金带材的制备领域，具体涉及一种新能源电池盖防爆阀用铝合金带材及其制备方法。该铝合金带材的组成成分为：Fe 1.2%‑1.8%、Mn 0.25%‑0.6%、Si 0.05%‑0.25%、Ti 0.005%~0.1%，Cu+Mg+Zn≤0.2%，余量为Al及不可避免杂质。成品晶粒平均尺寸控制在25µm以内，金属化合物最大尺寸控制在25µm以内。铝合金带材厚度公差控制在±2%以内。本发明通过优化成分及工艺控制，开发出一种具有稳定爆破压力、优良激光焊接性能的新能源电池盖防爆阀用铝合金带材，适用于当前电池盖防爆片的生产要求及生产方式。

Description

一种新能源电池盖防爆阀用铝合金带材及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金带材的制备领域，具体涉及一种新能源电池盖防爆阀用铝合金带材及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，电池被大量运用在新能源客车、乘用车及物流车上。电池盖板上的防爆阀作为电池上的重要部件，直接影响到电池性能的关键指标-安全性。因此防爆片性能的稳定性至关重要，要求防爆片具有稳定的爆破压力、优良的焊接性能及深冲性能。

目前电池盖防爆阀用铝带材基本全部从日本及美国进口，国内尚处于研发阶段。电池盖防爆阀制作厂主流的生产方式是将铝合金带材冲成预定的形状，通过防爆阀四周刻线深度、宽度的控制及后续的退火工艺，最终达到客户需要的稳定耐压值。

由于Al-Mn系铝合金物相的均匀性较差，Al-Mg系铝合金焊接后软化太快，爆破压力的稳定性均难于得到保证，同时Al-Mn及Al-Mg系铝合金的激光焊接不良品率较高。为此在合金成分设计上增加一定量的Fe、Mn及少量的Si，增强其耐压强度及避免粗大的物相的产生，同时避免杂质元素带来的激光焊接不良等危害，并通过工艺的控制，开发一种爆破压力稳定的新能源电池盖防爆阀用铝合金带材，实现该材料的国产化显得尤为重要。

专利申请号为201210588556.8的专利申请公开了一种锂离子电池铝合金防爆片，在Al-Mg-Mn铝合金中添加稀土元素以细化晶粒，提高物相的均匀性，最终实现稳定的爆破压力。其添加稀土元素在一定程度上增加了制造成本。

专利申请号为201010573300.0的专利申请公开了电池盖用铝合金板及其制造方法，通过合金成分的调整及快速加热、快速冷却的退火方式，获得一种晶粒细小的防爆阀与电池盖一体冲制成型的铝板制造方法。该方法不适用于普通箱式退火炉的生产。

本发明在优化合金成分的基础上，通过半连续铸造获得较为细小均匀的原始晶粒尺寸，结合均匀化热处理、热轧分别对金属间化合物的熔断球化、破碎，以及大冷轧压下率、合理的退火工艺等，获得一种晶粒及化合物尺寸细小均匀的铝合金带材，满足于当前电池盖防爆阀的生产要求及生产方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新能源电池盖用铝合金板及其制造方法，通过优化合金成分，并结合工艺技术控制，获得一种晶粒及化合物尺寸细小均匀的铝合金带材，满足于当前电池盖防爆阀的生产要求及生产方式。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

Fe 1.2%-1.8%、Mn 0.25%-0.6%、Si 0.05%-0.25%、Ti 0.005%~0.1%，Cu+Mg+Zn≤0.2%，余量为Al及不可避免杂质。成品晶粒平均尺寸控制在25µm以内，金属化合物最大尺寸控制在25μm以内，铝合金带材厚度公差控制在±2%以内。

其制备方法为：以铝锭或铝中间合金锭原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、退火制得新能源电池盖用铝合金板。

（1）将铝锭或铝中间合金锭原料加入到熔炼炉，经熔化、精炼、除渣、除气后形成铝液，半连续铸造成厚度铝合金扁锭，铸锭晶粒原始尺寸控制在200μm以内；

（2）扁锭经锯头尾、铣面后进入立推炉进行均匀化热处理，加热温度560℃-620℃，保温时间6-20小时，出炉后先将扁锭经热粗轧轧至厚度20-40mm的中间坯，再通过热精轧连轧至厚度2-8mm的热轧卷，终轧温度260℃-360℃；

（3）在冷轧机将步骤（2）得到的热轧卷进行冷轧至成品厚度0.2~1.5mm，在冷轧过程中每道次的加工率控制在15%-50%，总加工率≥50%；

（4）将步骤（3）获得的冷轧卷经清洗矫直后，进行成品退火，退火温度320℃-380℃，保温时间1-8小时后取出，冷却至室温；

（5）将步骤（4）获得的卷材经纵切机切边或分条成所需的规格，最终制得新能源电池盖防爆阀用铝合金带材。

Mn：主要起到固溶强化作用，与Fe、Si等形成细小Al-Fe-Mn、Al-Fe-Mn-Si相，具有细化晶粒的作用。Mn成分过小，效果不佳，Mn含量过高，容易形成粗大物相，成形性能降低。

Fe：作为该材料的主要成分，一是起到强化作用，二是与Al、Mn形成高密度尺寸细小的Al-Fe、Al-Fe-Mn，提高激光焊接的有效吸收率，有利于形成宽深且尺寸均匀的激光焊接熔池，从而提高防爆阀与电池盖板的激光焊接性能。

Si：适当的Si含量形成细小且容易破碎的Al-Fe-Mn-Si，在深冲过程中起到清洗模具的作用。但Si含量过大，容易形成粗大的金属间化合物，不利后续的成形。

Cu、Mg、Zn：该三种元素作为杂质元素应被严格限制，在激光焊接熔体凝固时容易形成气孔和裂纹，降低了电池在服役过程中的安全性能。

采用半连续铸造法制得铝铸锭，经锯切铣面、均热、热轧、冷轧、成品退火最终获得具有晶粒物相细小均匀、激光焊接性能优良的铝合金带材。

均匀化热处理：

在热轧前，对扁锭进行均匀化热处理，消除铸锭内部偏析，溶解内部组织非平衡相，改善热轧变形工艺性能，并获取良好的热轧带材组织及性能。温度＜560℃，或保温时间＜6小时，无法有效消除微观偏析，铸锭初生相不容易熔断球化；温度过高容易过烧，保温时间过长则浪费能源不经济。

热轧：

热轧厚度控制在2-8mm，终轧温度控制在260℃-360℃，并根据冷轧总压下率进行调整，最终实现细小均匀的晶粒和物相。

冷轧：

冷轧总加工率≥50%，保证退火前有足够的储能，利于形成均匀细小的晶粒。

退火：

退火温度过低不能实现充分再结晶，温度过高增加晶粒粗化的风险及浪费能源，退火温度控制在320℃-380℃，保温时间根据卷重而定，一般控制在1-8小时。

本发明与现有技术比较具有以下优点：

（1）通过合金成分的优化和科学的制备方法，获得细小均匀的晶粒和金属化合物，保证材料一定的强度、塑性及爆破压力的稳定性。

（2）制得该铝合金带材具有优良的激光焊接性能，满足防爆阀与电池盖板之间的激光焊接要求，减少了焊接工序带来的泄漏、爆破压力不稳定等隐患。

（3）该发明方法不添加稀土元素，可采用普通箱式炉退火，是一种经济有效的方式。

具体实施方式

为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

铝合金带材成分按质量分数计：Fe 1.5%、Mn 0.33%、Si 0.16%、Ti 0.009%，Cu0.006%、Mg 0.007%、Zn 0.006%，余量为Al及不可避免杂质。

其制造方法，具体步骤为：

（1）经熔炼、精炼、除渣、除气后半连续铸造法铸成560mm*1350mm*5800mm规格的铝合金扁铸锭；

（2）扁锭经锯头尾、铣面后进入立推炉进行均匀化热处理，加热温度580℃，保温时间10小时，出炉后先将扁锭经热粗轧轧至厚度36mm的中间坯，再通过热精轧连轧至厚度6mm的热轧卷，终轧温度320℃；

（3）在冷轧机将热轧卷进行冷轧至成品厚度0.8mm；

（4）将冷轧卷经清洗矫直后，进行成品退火，退火温度340℃，保温时间4小时；

（5）获得的卷材经纵切机切边或分条成规格0.8mm*50mm的卷材，最终制得一种新能电池盖防爆阀用铝合金带材。

经该方法制得的铝合金带材晶粒平均尺寸18μm，化合物最大尺寸22μm，延伸率36.4%，与电池盖板激光焊接无气孔无裂纹。

实施例2

铝合金带材成分按质量分数计：Fe 1.32%、Mn 0.46%、Si 0.16%、Ti 0.015%，Cu0.008%、Mg 0.003%、Zn 0.004%，余量为Al及不可避免杂质。

其制造方法，具体步骤为：

（1）经熔炼、精炼、除渣、除气后半连续铸造法铸成500mm*1500mm*6500mm规格的铝合金扁铸锭；

（2）扁锭经锯头尾、铣面后进入立推炉进行均匀化热处理，加热温度610℃，保温时间6小时，出炉后先将扁锭经热粗轧轧至厚度32mm的中间坯，再通过热精轧连轧至厚度5mm的热轧卷，终轧温度320℃；

（3）在冷轧机将热轧卷进行冷轧至成品厚度0.5mm；

（4）将冷轧卷经清洗矫直后，进行成品退火，退火温度320℃，保温时间3小时；

（5）获得的卷材经纵切机切边或分条成规格0.5mm*40mm的卷材，最终制得一种新能电池盖防爆阀用铝合金带材。

经该方法制得的铝合金带材晶粒平均尺寸20µm，化合物最大尺寸21μm，延伸率37.2%，与电池盖板激光焊接无气孔无裂纹。

实施例3

铝合金带材成分按质量分数计：Fe 1.25%、Mn 0.41%、Si 0.09%、Ti 0.006%，Cu0.009%、Mg 0.008%、Zn 0.006%，余量为Al及不可避免杂质。

其制造方法，具体步骤为：

（1）经熔炼、精炼、除渣、除气后半连续铸造法铸成600mm*1600mm*5500mm规格的铝合金扁铸锭；

（2）扁锭经锯头尾、铣面后进入立推炉进行均匀化热处理，加热温度600℃，保温时间20小时，出炉后先将扁锭经热粗轧轧至厚度40mm的中间坯，再通过热精轧连轧至厚度8mm的热轧卷，终轧温度360℃；

（3）在冷轧机将热轧卷进行冷轧至成品厚度1.2mm；

（4）将冷轧卷经清洗矫直后，进行成品退火，退火温度360℃，保温时间5小时；

（5）获得的卷材经纵切机切边或分条成规格1.2mm*36mm的卷材，最终制得一种新能电池盖防爆阀用铝合金带材。

经该方法制得的铝合金带材晶粒平均尺寸23µm，化合物最大尺寸24μm，延伸率35.6%，与电池盖板激光焊接无气孔无裂纹。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种新能源电池盖防爆阀用铝合金带材，其特征在于：铝合金带材成分按质量分数计：Fe 1.5%、Mn 0.33%、Si 0.16%、Ti 0.009%，Cu 0.006%、Mg 0.007%、Zn 0.006%，余量为Al及不可避免杂质；

或者铝合金带材成分按质量分数计：Fe 1.32%、Mn 0.46%、Si 0.16%、Ti 0.015%，Cu0.008%、Mg 0.003%、Zn 0.004%，余量为Al及不可避免杂质；

或者铝合金带材成分按质量分数计：Fe 1.25%、Mn 0.41%、Si 0.09%、Ti 0.006%，Cu0.009%、Mg 0.008%、Zn 0.006%，余量为Al及不可避免杂质；

成品晶粒平均尺寸控制在25µm以内，金属化合物最大尺寸控制在25μm以内，铝合金带材厚度公差控制在±2%以内。

2.一种制备如权利要求1所述的一种新能源电池盖防爆阀用铝合金带材的方法，其特征在于：以铝锭或铝中间合金锭为原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、退火制得一种新能源新能源电池盖防爆阀用铝合金带材。

3.根据权利要求2所述的一种新能源电池盖防爆阀用铝合金带材的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

（1）将铝锭或铝中间合金锭为原料加入到熔炼炉，经熔化、精炼、除渣、除气后形成铝液，半连续铸造成铝合金扁锭，铸锭晶粒原始尺寸控制在200μm以内；

（2）扁锭经锯头尾、铣面后进入立推炉进行均匀化热处理，加热温度560℃-620℃，保温时间6-20小时，出炉后先将扁锭经热粗轧轧至厚度20-40mm的中间坯，再通过热精轧连轧至厚度2-8mm的热轧卷，终轧温度260℃-360℃；

（3）在冷轧机将步骤（2）得到的热轧卷进行冷轧至成品厚度0 .2~1 .5mm，在冷轧过程中每道次的加工率控制在15%-50%，总加工率≥50%；

（4）将步骤（3）获得的冷轧卷经清洗矫直后，进行成品退火，退火温度320℃-380℃，保温时间1-8小时后取出，冷却至室温；

（5）将步骤（4）获得的卷材经纵切机切边或分条成所需的规格，最终制得新能源电池盖防爆阀用铝合金带材。