CN108893657A - 一种添加稀土La的高导电率三元铝合金箔材及其制造方法 - Google Patents

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张文龙
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吴占林
陈仁宗
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唐劲松
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Abstract

本发明公开了一种添加稀土La的高导电率三元铝合金箔材及其制造方法，该箔材的组分和重量配比是：Fe：1.2～1.5wt％、La：0.1～0.25wt％，余量为铝。该合金的高Fe成分设计有利于形成大量细小弥散的Al3Fe第二相；向铝合金中加入La元素以细化晶粒，同时球化Al3Fe相并促进析出AlFeLa相。本发明通过控制合金元素添加量和加工工艺过程制备的铝合金箔材冷轧态抗拉强度为143‑166MPa，延伸率>2.5％；退火态抗拉强度可达81MPa，延伸率超过20％、杯突值>5.8mm，导电率为59‑61％IACS，有效地提高了铝合金箔材的综合性能，并扩大了铝箔的应用领域。

Description

一种添加稀土La的高导电率三元铝合金箔材及其制造方法
技术领域
本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种添加稀土La的高性能三元铝合金箔材及其制造方法。
背景技术
铝箔具有比强度高、阻隔性能优异、遮光、成形性能好、防腐蚀、无毒无味等优点，常用作包装材料、电解电容器材料以及建筑、车辆、船舶、房屋等的绝热材料，广泛应用于各个领域。
我国铝箔消费量呈逐年增长趋势，从2001年的30万吨增长到2010年约130万吨，再到2015年的352万吨。目前我国是仅次于美国的全球第二大铝箔消费国，且铝箔市场上升空间较大。随着铝箔行业的发展和应用领域的扩展，具有优异综合性能的铝箔成为市场关注的焦点。稀土元素因其独特的性能被广泛用于钢、铝合金、镁合金等诸多合金性能的改善中。
随着铝箔包装在食品、医药和电子产品等包装领域的广泛应用，具有高成形性能的铝箔成为发展的迫切需求。现有技术中常用的铝箔往往存在强度低，深冲性能不足，表面质量不佳，在冷冲压过程中易产生针孔和裂纹等问题，严重影响包装材料的质量。在电子用铝箔方面，传统铝箔常存在强度不足和导电率低等问题。
本发明通过向Al-Fe合金中加入稀土La，利用稀土细化晶粒，球化第二相并促进第二相析出，使合金晶粒大小和金属间化合物个数最佳化，从而显著提高材料综合性能。
通过本发明技术方案能够得到强度高、成形性优异、导电率高、耐腐蚀的高性能铝箔。
发明内容
一种添加稀土La的高导电率三元铝合金箔材，该材料的重量配比如下：Fe＝1.2～1.5wt％、La＝0.1～0.25wt％，其余为铝。
一种如权利要求1中所述三元铝合金箔材的制造方法，包含以下步骤：
a)合金熔炼时引入稀土La。
b)铝合金铸锭在590℃保温8小时进行均匀化退火；热轧温度为490～510℃，冷轧至0.15mm在380℃～400℃退火2小时后以30～60％的压下量冷轧至0.04～0.08mm，获得铝合金箔材。
具体实施方式
本发明的第一目的是提供添加稀土La的高性能三元铝合金箔材，通过控制Fe、La的含量，使合金晶粒大小和金属间化合物数量最佳化，从而大幅提升材料综合性能，获得抗拉强度、延伸率、杯突值、导电率和耐腐蚀性能优异的铝合金箔材。
本发明的第二目的是提供上述的高性能三元铝合金箔材的制造方法，以解决现有技术中的上述缺陷。
本发明的技术方案如下：
为实现上述目的，本发明所述的添加稀土La的高性能三元铝合金箔材，其特征在于该材料的组份和重量配比是：Fe：1.2～1.5wt％、La：0.1～0.25wt％，其余为铝和不可避免的杂质。通过控制Fe、La的含量，使合金晶粒大小和金属间化合物个数最佳化，从而大幅提高成形性能。
一种添加稀土La的高性能三元铝合金箔材的制造方法，包含以下步骤：
(1)按照上述比例在熔炼炉中加入铝锭、稀土La及Al-50wt％Fe中间合金；。
(2)对铝合金铸锭进行均匀化热处理，获得晶粒平均直径小于33μm，单位面积(mm2)内当量直径为1.0-5.0μm的第二相个数为1×104-3.5×104的显微组织；
(3)对均匀化处理后的铝合金铸锭进行轧制，热轧温度为490～510℃，冷轧至0.15mm，在380℃～400℃退火2小时后以30～60％的压下量冷轧至0.04～0.08mm。
(4)在250℃退火，保温2-2.5小时后获得抗拉强度可达80MPa以上的高性能铝合金箔材。
本发明的含La高性能铝合金与对比例铝合金的成分见表1。
表1本发明铝合金与对比例铝合金成分(wt％)
本发明采用两个铝合金箔材专利作为对比例。对比例1为专利CN104561671A，给出了一种8011药用铝合金箔及其制造方法。对比例2为专利CN103695723A，给出了一种8021铝合金箔及其制备方法。
从表1中可以看出与8011铝合金的成分相比，本发明合金成分设计更为简单，扩大了Fe元素的含量范围，不含常用合金元素Si和Cu。高Fe成分设计有利于形成大量细小弥散的第二相Al3Fe，可以达到提高强度和延伸率的效果，使合金力学性能提高，在其相关领域中的应用更加匹配；不添加Si元素可避免脆硬相Al9Fe2Si2的生成，改善合金铸造性能，有利于后续轧制加工；不添加Cu元素可避免由于Cu固溶而造成的硬度过大和塑性降低等问题。
与对比例8021铝合金相比，本发明铝合金特别添加了La元素。La元素的添加可细化合金晶粒，促进铝合金的Al3Fe第二相析出和球化，使平均粒径小于33μm，单位面积(mm2)内直径为1.0-5.0μm的第二相个数为1×104-3.5×104。另外，La元素的加入还促进生成AlFeLa相，在强化合金的同时，提高合金的耐腐蚀性能。
采用本发明制备的铝合金箔材冷轧态抗拉强度为143-166MPa、延伸率大于2.5％；退火后抗拉强度为74-81MPa，延伸率大于20％，导电率大于59％IACS。该合金可适用于铝塑膜包装或其他相关制造领域。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.5Fe-0.1La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为25mm后在500℃加热1小时后热轧成4mm板材，其后冷轧至0.15mm，在380℃退火2小时后冷轧成厚度为0.08mm的箔材，冷轧态合金抗拉强度为166MPa、延伸率为3％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为81MPa、延伸率为20.4％，导电率60.2％IACS。
实施例2
本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.5Fe-0.25La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为25mm后在500℃加热1小时后热轧成4mm板材，其后冷轧至0.15mm，在380℃退火2小时后冷轧成厚度为0.08mm的箔材，冷轧态合金抗拉强度为143MPa、延伸率为4.4％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为74MPa、延伸率为24.7％，导电率为60.2％IACS。
实施例3
本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.2Fe-0.1La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为26mm后在500℃加热，热轧至2.6mm，其后冷轧至0.15mm，在380℃退火后冷轧至0.08mm厚度的箔材，冷轧态合金抗拉强度为154MPa、延伸率为2.8％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为80MPa、延伸率为23.2％，导电率为59.4％IACS。
实施例4
本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.2Fe-0.25La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为28mm后在500℃加热1小时后热轧成2.6mm，其后冷轧至0.15mm，在390℃退火后冷轧至0.07mm厚度的箔材，冷轧态合金抗拉强度为153MPa、延伸率为3.3％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为77MPa，延伸率21.8％，导电率61.9％IACS。
实施例5
本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.3Fe-0.1La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为28mm后在500℃加热1小时后热轧成2.6mm，其后冷轧至0.15mm，在390℃退火后冷轧至0.08mm厚度的箔材，冷轧态合金抗拉强度为159MPa、延伸率为2.6％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为76MPa，延伸率23.9％，导电率60.2％IACS。
实施例6
本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.3Fe-0.25La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为28mm后在500℃加热1小时后热轧成2.6mm，其后冷轧至0.15mm，在390℃退火后冷轧至0.075mm厚度的箔材，冷轧态合金抗拉强度为157MPa、延伸率为3.0％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为75MPa，延伸率22.6％，导电率61.5％IACS。
对上述实施例中不同成分的铝合金样品所进行的性能测试如下：
(1)室温拉伸实验：按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，在Zwick Z20万能拉力试验机上拉伸，测量长度为40mm，拉伸速度为1mm/min，测得抗拉强度及延伸率；
(2)导电率测试：采用SIGMATEST2.069导电率测量仪测试铝合金试样的导电率。
(3)腐蚀性能测试：腐蚀性能(自腐蚀电位、极化电流)通过测试Tafel极化曲线表征，试样经过超声清洗之后，选取20mm x 20mm大小的样片，采用CHI660C电化学工作站测试铝合金试样的Tafel极化曲线。扫描速率为1mV/s，扫描范围为-1V–0V，电解液选择3.5wt％NaCl溶液。
各实施例以及对比合金的的性能见表2。
表2实施例和对比例的性能
与对比例铝合金相比，本实施例制备的合金具有力学性能优异、耐腐蚀、高导电率的特点，铝合金箔材冷轧态抗拉强度为143-166MPa、延伸率大于2.5％；退火后抗拉强度为74-81MPa、延伸率大于20％、导电率大于59％％IACS。
上述性能的获得主要是由于采用合理的成分设计。铝合金中较高含量Fe元素的添加可以达到提高强度和延伸率的效果。由于合金晶粒的细化和大量细小的Al3Fe第二相的形成，在冲压成形时变形更加均匀，从而提高合金的成形性能，使其在相关领域中的应用更加匹配。
本发明铝合金与对比例铝合金相比，特别添加了La元素，La的加入能形成AlFeLa相，而且能球化Al3Fe相，细化合金晶粒。而且La元素的加入及其与其他元素的合金化作用能提高铝合金的耐蚀性，增强合金的钝化。此外，La的加入还能改善合金熔铸工艺和铝合金加工性能；具有良好的细化和变质作用。
综上所述，本发明通过合理的合金成份设计尤其是添加La和适量的Fe控制了合金晶粒大小和金属间化合物的数量，从而明显改善合金力学性能，获得了具有优异综合性能的铝合金箔材。
在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (2)

1.一种添加稀土La的高导电率三元铝合金箔材，其特征在于，该材料的重量配比如下：Fe＝1.2～1.5wt％、La＝0.1～0.25wt％，其余为铝。
2.一种如权利要求1中所述三元铝合金箔材的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：
a)合金熔炼时引入稀土La。
b)铝合金铸锭在590℃保温8小时进行均匀化退火；热轧温度为490～510℃，冷轧至0.15mm在380℃～400℃退火2小时后以30～60％的压下量冷轧至0.04～0.08mm，获得铝合金箔材。
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