CN110055441B

CN110055441B - 一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN110055441B
Application number: CN201910305909.0A
Authority: CN
Inventors: 崔建国
Original assignee: Suzhou Shangfei Automobile Parts Co ltd; Wujiang City Xinshen Aluminum Technology Development Co ltd
Current assignee: Suzhou Shangfei Automobile Parts Co ltd; Wujiang City Xinshen Aluminum Technology Development Co ltd
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2039-04-16
Also published as: CN110055441A

Abstract

本发明公开了一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材，属于合金材料技术领域，其技术方案要点是，包括如下组分：硅0.6‑0.7 wt%、铁≤0.19 wt%、铜0.05‑0.1 wt%、锰0.1‑0.2 wt%、镁0.55‑0.65 wt%、铬≤0.05 wt%、锌≤0.05 wt%、钛≤0.05 wt%，余量为铝及可不避免的杂质，杂质的总含量≤0.15wt%。本发明的铝合金型材具有抗压抗冲击性能佳、延伸率高的优势。同时，本发明还相应公开了一种铝合金型材的制备方法，其包括熔炼、精炼、浇注和挤压等步骤。此外，本发明还公开了上述铝合金型材在新能源汽车电池托盘底板制造中的应用，制得的电池托盘底板抗压抗冲击性好、加工成型过程中不易开裂。

Description

一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及铝合金材料技术领域，更具体地说，它涉及一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材及其制备方法与应用。

背景技术

新能源电动汽车的快速发展，与之配套的电池托盘底板需求量益增。而基于汽车轻量化的需求及铝合金材料的变形性能好、密度低、强度高、耐腐蚀性好的优点，使得铝合金材料在汽车材料中占比越来越高。以新能源汽车电池托盘底板为例，现有技术中通常采用中华人民共和国国家标准GB/T3190-2008《变形铝及铝合金化学成分》中规定的牌号6005的铝合金来制造。

按质量分数百分比计，牌号为6005的铝合金含有：Si 0.6-0.9wt%、Fe0.35wt%、Cu0.10wt%、Mn 0.10wt%、Mg 0.4-0.6wt%、Cr 0.10wt%、Zn 0.1wt%、Ti 0.10wt%，余量为铝及不可避免的杂质；力学性能具体为：抗拉强度≥260Mpa；屈服强度≥215Mpa；延伸率≥7%；韦氏硬度（HW）≥15。

由于上述6005牌号的铝合金的延伸率较低，因而在实际电池托盘底板成型过程中，对铝合金进行冲击试验后型材容易开裂，生产的零件无法满足高延伸率的力学性能要求。因而，有必要对现有的6005牌号的铝合进行改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材，其具有抗压抗冲击性能好、延伸率的优势。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材，包括如下组分：硅0.6-0.7wt%、铁≤0.19wt%、铜0.05-0.1wt%、锰0.1-0.2wt%、镁0.55-0.65wt%、铬≤0.05wt%、锌≤0.05wt%、钛≤0.05wt%；余量为铝及可不避免的杂质，杂质的总含量≤0.15wt%。

通过采用上述技术方案，对配方中硅、镁、锰三种元素的含量进行了调整，并将铁含量限制在0.19wt%以下，同时相较于国标更严格地控制了配方中的铬、锌、钛三种元素的含量，进而提升了铝合金型材的再结晶温度，抑制晶粒粗大，提高了铝合金的延伸率。此外，本申请改进配方后的铝合金相较于现有牌号6005的铝合金在抗压抗冲击性能方面亦有显著提升，使得能够满足新能源汽车电池托盘底板制造的抗压抗冲击及高延伸率需求。

进一步地，包括如下组分：硅0.65-0.7wt%、铁≤0.19wt%、铜0.05-0.1wt%、锰0.1-0.2wt%、镁0.55-0.65wt%、铬≤0.05wt%、锌≤0.05wt%、钛≤0.05wt%；余量为铝及可不避免的杂质，杂质的总含量≤0.15wt%。

通过采用上述技术方案，进一步优化了配方中镁元素含量，上述掺量的镁，利于在合金中形成Mg₂Si，提升了合金的强度和抗蚀性。

进一步地，包括如下组分：硅0.6-0.7wt%、铁≤0.19wt%、铜0.05-0.07wt%、锰0.1-0.2wt%、镁0.55-0.65wt%、铬≤0.05wt%、锌≤0.05wt%、钛≤0.05wt%；余量为铝及可不避免的杂质，杂质的总含量≤0.15wt%。

通过采用上述技术方案，铜含量的减少利于合金耐应力腐蚀性、抗应力腐蚀裂纹扩散性和热塑性的提升。

进一步地，包括如下组分：硅0.6-0.7wt%、铁≤0.19wt%、铜0.05-0.1wt%、锰0.15-0.2wt%、镁0.55-0.65wt%、铬≤0.05wt%、锌≤0.05wt%、钛≤0.05wt%；余量为铝及可不避免的杂质，杂质的总含量≤0.15wt%。

通过采用上述技术方案，Mn有强化合金的作用，对铝合金的再结晶过程有很大影响：1、能阻碍铝合金的再结晶温度，提高再结晶温度；2、在再结晶终了阶段Mn能细化再结晶晶粒。此外，Mn形成的弥散强化相对铝合金的强度及硬度的提高亦有贡献。上述掺量的Mn能够提升合金的再结晶温度，配合适当制备工艺能够将铝合金材料的粗晶层控制到0.3mm以内。

本发明的目的在于提供一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材的制备方法，采用该种方法制得铝合金型材具有抗压抗冲击性佳、延伸率的优势。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种上述任一项所述的用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材的制备方法，包括如下步骤，

熔炼：按配比称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、镁原料、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝钛中间合金装炉熔炼，熔炼温度为730-750℃、熔炼时间为4-5h，扒渣；

精炼：将炉温调整至715-730℃，加入铝合金精炼剂，精炼20-30min，扒渣；

浇注：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，浇注温度为730-735℃、浇注速度为75-90mm/min，得铝合金铸棒；

挤压：将铝合金铸棒加热至485-495℃，挤压模具加热至475-485℃，进行挤压，得铝合金型材。

通过采用上述技术方案，制得铝合金型材的抗压抗冲击性能优于国标配方的6005铝合金，且在延伸率方面有大幅提升了，可有效解决现有技术中6005铝合金延伸率差、抗压抗冲试验后易开裂的问题。

进一步地，还包括如下步骤，

切割：将挤压得到的铝合金型材裁切成段。

通过采用上述技术方案，便于铝合金型材的存放、运输以及后续加工制造各种铝合金零件。

进一步地，所述镁原料由铝镁中间合金和镁锭组成，且分次加入；熔炼时，先将铝镁中间合金与其他中间合金一起装炉熔炼，熔炼温度为730-750℃、熔炼时间为4-5h；然后，加入镁锭并搅拌，继续熔炼20-25min，扒渣。

通过采用上述技术方案，熔炼过程中先加入铝镁中间合金，可使得含量较少的镁元素在铝合金中均匀分布，同时利于减少镁的烧损；随后，加入镁锭继续熔炼，可调整镁元素含量到设计配比范围内，减少了因铝镁中间合金中镁元素含量低以及损耗造成的镁含量偏差，提升了镁元素的得率。

进一步地，所述镁原料中铝镁中间合金的占比≥90wt%。

通过采用上述技术方案，利于提升镁元素在铝合金中的分散均匀性和得率，减少耗损量。

进一步地，所述精炼步骤中铝合金精炼剂的掺量为熔体重量的0.1-0.2%。

通过采用上述技术方案，上述掺量的铝合金精炼剂可有效减少铝合金中的氢及氧化杂，减少了铝合金型材气孔和夹渣等缺陷。铝合金精炼剂选择市售常见的铝合金精炼剂即可。

本发明的目的在于提供一种如上述任一项所述的用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材的应用。将所述用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材用于生产新能源汽车电池托盘底板，不仅易于成型、开裂少，且制得的新能源汽车电池托盘底板抗冲击性能佳。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

对配方中硅、镁、锰三种元素的含量进行了调整，并将铁含量限制在0.19wt%以下，同时相较于国标更严格地控制了配方中的铬、锌、钛三种元素的含量，进而提升了铝合金型材的再结晶温度，抑制晶粒粗大，提高了铝合金的延伸率，使得本申请改进配方后的铝合金相较于现有牌号6005的铝合金，在抗压抗冲击性能方面有显著提升，能够满足新能源汽车电池托盘底板制造的抗压抗冲击及高延伸率需求；同时，本申请相应公开了一种前述铝合金型材的制备方法与应用。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材,其元素组成如表1所示:

表1.

具体制备步骤如下，

熔炼：按表1配比称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、镁原料、铝铬中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金作为原料，其中镁原料包括铝镁中间合金和镁锭，镁铝合金占镁原料重量的90wt%。熔炼时，先将铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝镁中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金一起装炉熔炼，于730℃下熔炼5h；然后，加入称取的镁锭并搅拌，继续熔炼25min，扒渣。

精炼：将熔炼炉炉温调整至715℃后，加入占总原料质量0.1%的铝合金精炼剂，精炼30min，扒渣。

浇注：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，于730℃、以90mm/min的速度浇注得铝合金铸棒。

挤压：将铝合金铸棒加热至485℃，挤压模具加热至475℃，进行挤压，得铝合金型材。

切割：将挤压得到的铝合金型材裁切成段。

用途：用于新能源汽车电池托盘底板的制造。

实施例2:

一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材,其元素组成如表2所示:

表2

具体制备步骤如下，

浇注：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，于730℃、以85mm/min的速度浇注得铝合金铸棒。

切割：将挤压得到的铝合金型材裁切成段。

用途：用于新能源汽车电池托盘底板的制造。

实施例3:

一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材,其元素组成如表3所示:

表3

具体制备步骤如下，

熔炼：按表1配比称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、镁原料、铝铬中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金作为原料，其中镁原料包括铝镁中间合金和镁锭，镁铝合金占镁原料重量的90wt%。熔炼时，先将铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝镁中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金一起装炉熔炼，于740℃下熔炼4.5h；然后，加入称取的镁锭并搅拌，继续熔炼23min，扒渣。

精炼：将熔炼炉炉温调整至720℃后，加入占总原料质量0.15%的铝合金精炼剂，精炼25min，扒渣。

浇注：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，于732℃、以85mm/min的速度浇注得铝合金铸棒。

挤压：将铝合金铸棒加热至490℃，挤压模具加热至480℃，进行挤压，得铝合金型材。

切割：将挤压得到的铝合金型材裁切成段。

用途：用于新能源汽车电池托盘底板的制造。

实施例4:

一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材,其元素组成如表4所示:

表4

具体制备步骤如下，

浇注：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，于732℃、以80mm/min的速度浇注得铝合金铸棒。

切割：将挤压得到的铝合金型材裁切成段。

用途：用于新能源汽车电池托盘底板的制造。

实施例5:

一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材,其元素组成如表5所示:

表5

具体制备步骤如下，

熔炼：按表1配比称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、镁原料、铝铬中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金作为原料，其中镁原料包括铝镁中间合金和镁锭，镁铝合金占镁原料重量的90wt%。熔炼时，先将铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝镁中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金一起装炉熔炼，于750℃下熔炼4.5h；然后，加入称取的镁锭并搅拌，继续熔炼23min，扒渣。

精炼：将熔炼炉炉温调整至725℃后，加入占总原料质量0.15%的铝合金精炼剂，精炼25min，扒渣。

浇注：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，于735℃、以80mm/min的速度浇注得铝合金铸棒。

切割：将挤压得到的铝合金型材裁切成段。

用途：用于新能源汽车电池托盘底板的制造。

实施例6:

一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材,其元素组成如表6所示:

表6

具体制备步骤如下，

熔炼：按表1配比称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、镁原料、铝铬中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金作为原料，其中镁原料包括铝镁中间合金和镁锭，镁铝合金占镁原料重量的90wt%。熔炼时，先将铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝镁中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金一起装炉熔炼，于750℃下熔炼4h；然后，加入称取的镁锭并搅拌，继续熔炼20min，扒渣。

精炼：将熔炼炉炉温调整至725℃后，加入占总原料质量0.2%的铝合金精炼剂，精炼20min，扒渣。

浇注：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，于735℃、以75mm/min的速度浇注得铝合金铸棒。

挤压：将铝合金铸棒加热至495℃，挤压模具加热至485℃，进行挤压，得铝合金型材。

切割：将挤压得到的铝合金型材裁切成段。

用途：用于新能源汽车电池托盘底板的制造。

实施例7:

一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材,其元素组成如表7所示:

表7

具体制备步骤如下，

精炼：将熔炼炉炉温调整至730℃后，加入占总原料质量0.2%的铝合金精炼剂，精炼20min，扒渣。

切割：将挤压得到的铝合金型材裁切成段。

用途：用于新能源汽车电池托盘底板的制造。

性能测试

分别对实施例1-7的铝合金型材及市售6005铝合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及粗晶层的厚度进行测试；分别对实施例1-7的铝合金型材及市售6005铝合金进行冲击试验，观察试验后型材有无开裂，重复至少50次并统计开裂样品占比。试验结果如表8所示：

表8.

注：测试用的铝合金试样均为壁厚＞10mm且≤25mm的实心型材。

由表8试验数据可知：本发明的铝合金型材相较于市售牌号为6005的铝合金在抗拉强度、屈服强度、延伸率及抗开裂性方面具有大幅提升，抗拉强度≥279Mpa、屈服强度≥235Mpa、延伸率≥11.3%，冲击试验后开裂样品占比低至0.3%，能够满足新能源汽车电池底板托盘的制作要求，适应市场对抗压抗冲击性佳、延伸率高铝合金性型材的需求。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材，其特征在于：包括如下组分，

硅 0.65-0.7 wt%

铁 ≤0.19 wt%

铜 0.05-0.07 wt%

锰 0.15-0.2 wt%

镁 0.55wt%

铬 ≤0.05 wt%

锌 ≤0.05 wt%

钛 ≤0.05 wt%；

余量为铝及可不避免的杂质，杂质的总含量≤0.15wt%；

其制备方法包括如下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材，其特征在于：还包括如下步骤，

切割：将挤压得到的铝合金型材裁切成段。

3.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材，其特征在于：所述镁原料由铝镁中间合金和镁锭组成，且分次加入；

熔炼时，先将铝镁中间合金与其他中间合金一起装炉熔炼，熔炼温度为730-750℃、熔炼时间为4-5h；然后，加入镁锭并搅拌，继续熔炼20-25min，扒渣。

4.根据权利要求3所述的一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材，其特征在于：所述镁原料中铝镁中间合金的占比≥90wt%。

5.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材，其特征在于：所述精炼步骤中铝合金精炼剂的掺量为熔体重量的0.1-0.2%。

6.一种如权利要求1所述的用于新能源汽车电池托盘底板的铝合金型材的应用，其特征在于：用于生产新能源汽车电池托盘底板。