CN111334690B - 一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝合金材料技术领域，提供一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法，解决现有技术铝合金型材抗拉强度、屈服强度或耐腐蚀性能不佳，难以满足高品质电池托盘需求的问题，所述铝合金型材由以下质量百分比的化学组分组成：Si：0.65～0.8％、Mg：0.48～0.6％、Zn：0.3～0.4％、Fe：0.06～0.10％、Cu：0.15～0.25％、Zr：0.02～0.04％、稀土元素：0.05～0.07％、Mo：0.03～0.06％、Mn：0.04～0.06％、Ti：0.03～0.04％、Cr：0.01～0.03％、余量为Al，包括以下步骤：(1)熔炼；(2)精炼(3)铸造；(4)均匀化处理；(5)挤压；(6)固溶淬火；(7)时效处理。

Description

一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其涉及一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法。
背景技术
随着汽车行业的高速发展，能源问题日益紧迫，汽车带来的环境问题也日益严重。发展新能源汽车产业是缓解能源危机、降低温室气体排放、减少环境污染的有效途径，目前，新能源汽车已成为汽车工业变革的重要方向。电池作为新能源汽车的动力来源，是整车中最重要的部件，也是区别于其他传统燃油汽车的标志性部件，若传统燃油车的心脏是发动机，新能源汽车的心脏就是电池。在保证电池功能安全前提下，占电池系统重量20～30％的结构件中，主要结构件托盘的减重，就成为主要改进目标之一。过去新能源汽车多采用钢材料制作动力电池托盘，现在很多企业都以铝合金材料为主。铝合金的密度为2.7g/cm，无论在压缩还是焊接等方面，铝合金材质优势明显，用来生产电池托盘可以极大地提高新能源汽车的轻量化水平。
现有的铝合金性型材，其抗拉强度、屈服强度以及耐腐蚀等有一种或多种性能不足，导致难以满足高品质电池托盘的需求。中国专利号：201811558425.9公开了一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法，通过改善配料成分，并采用梯度加热工艺，即将挤压前加热好的铝棒从前到后沿其轴线方向温度逐渐降低，形成温度梯度，实现等温挤压，使得加热、加工之后的产品芯表温度均匀、表面色泽亮丽、力学性能偏差小，且该制备方法制得的铝合金型材抗拉强度达到310MPa以上、屈服强度达到270MPa以上、伸长率达到11％以上，大大提高了产品质量，从而改善整体新能源汽车的质量。本发明制备一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材。
发明内容
因此，针对以上内容，本发明提供一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法，解决现有技术铝合金型材抗拉强度、屈服强度或耐腐蚀性能不佳，难以满足高品质电池托盘的需求的问题。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，所述铝合金型材由以下质量百分比的化学组分组成：Si：0.65～0.8％、Mg：0.48～0.6％、Zn：0.3～0.4％、Fe：0.06～0.10％、Cu：0.15～0.25％、Zr：0.02～0.04％、稀土元素：0.05～0.07％、Mo：0.03～0.06％、Mn：0.04～0.06％、Ti：0.03～0.04％、Cr：0.01～0.03％、余量为Al。
所述的新能源汽车电池托盘高强铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：
(1)熔炼：
将配好的原材料加入熔炼炉内进行熔炼，熔融成均匀的熔体，熔炼温度为735～745℃、熔炼时间为3～4h；
(2)精炼：
通入N2+Ar+CO混合气体进行第一次精炼，精炼时间8～12min，扒渣后静置25～35min，然后加入氯化盐进行第二次精炼，精炼20～30min后扒渣，再通过过滤装置去除熔炉内熔体的杂质；
(3)铸造：
将精炼后的熔体铸造成铝合金铸锭，铸造温度为700～710℃，铸造速度为80～90mm/min；
(4)均匀化处理：
将铸造后的铝合金铸锭放入均热炉内进行均匀化处理，加热温度550～
560℃，保温7.5～9.5h，然后强风冷却，冷却至180℃后再用水雾冷却；
(5)挤压：
将均匀化处理后的铝合金铸锭送入挤压机内挤压成型，挤压温度为475～485℃，挤压速率为10～12m/min，挤压压力为120～150MPa；
(6)固溶淬火：
将步骤(5)挤压成型后的铝合金型材进行在线固溶淬火，淬火温度510～525℃，淬火冷却速度为300～350℃/min；
(7)时效处理：
固溶淬火后的铝合金型材停放24～30h后进行时效处理，时效处理温度175～185℃，保温6～8h，最后冷却至室温。
进一步的改进是：步骤(2)精炼时混合气体流量为2.4～3.2L/min，混合气体中各气体含量为50～60％N2、25～35％Ar、10～20％CO。
进一步的改进是：步骤(2)精炼时选用的氯化盐为氯化锌、氯化锰、氯化钇、氯化镧中的任意一种，所述氯化盐的加入量为铝合金型材总质量的0.25～0.5％。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明优化铝合金型材原料中各化学组分的质量百分比，足量的Si元素能够细化晶粒，改善铝合金的强度，起到补充强化的作用。添加稀土元素可以提高铝合金型材的耐腐蚀性能，改善铝合金型材的加工性，还可以促进精炼的进行，达到除气除渣的目的。
2、本发明进行两次精炼，第一次精炼过程中加入混合气体，有别于常规采用的通入单一气体(例如N2、Cl2)的做法，除去熔体内的氢气和杂渣的效果更好，同时避免了使用Cl2所带来的环境污染以及影响操作人员的身体健康和腐蚀设备的问题；第二次精炼过程加入氯化盐，与熔体发生反应进一步除去氢气和和各类有害杂质，防止在铸造时形成气孔和夹渣，提高铝合金型材的力学性能。
3、经过均匀化处理后，熔体内的颗粒分布更加均匀，能够有效减少和消除晶内偏析，改善了铝合金型材成品的表面质量，型材成品表面光滑，无明显条纹和颗粒。强风冷却和水冷却相结合的方式，在高温时利用强风快速冷却，可以使析出物呈细小状弥散分布，有利于提高铝合金型材成品的抗拉强度及屈服强度。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
实施例一
一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，所述铝合金型材由以下质量百分比的化学组分组成：Si：0.65％、Mg：0.48％、Zn：0.35％、Fe：0.10％、Cu：0.15％、Zr：0.03％、La：0.07％、Mo：0.03％、Mn：0.05％、Ti：0.04％、Cr：0.01％、Al：98.04％。
所述的新能源汽车电池托盘高强铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：
(1)熔炼：
将配好的原材料加入熔炼炉内进行熔炼，熔融成均匀的熔体，熔炼温度为735℃、熔炼时间为4h；
(2)精炼：
通入50％N2+30％Ar+20％CO混合气体进行第一次精炼，混合气体流量为3.2L/min，精炼时间8min，扒渣后静置25min，然后加入铝合金型材总质量0.25％的氯化锌进行第二次精炼，精炼30min后扒渣，再通过过滤装置去除熔炉内熔体的杂质；
(3)铸造：
将精炼后的熔体铸造成铝合金铸锭，铸造温度为700℃，铸造速度为90mm/min；
(4)均匀化处理：
将铸造后的铝合金铸锭放入均热炉内进行均匀化处理，加热温度550℃，保温9.5h，然后强风冷却，冷却至180℃后再用水雾冷却；
(5)挤压：
将均匀化处理后的铝合金铸锭送入挤压机内挤压成型，挤压温度为475℃，挤压速率为10m/min，挤压压力为120MPa；
(6)固溶淬火：
将步骤(5)挤压成型后的铝合金型材进行在线固溶淬火，淬火温度510℃，淬火冷却速度为300℃/min；
(7)时效处理：
固溶淬火后的铝合金型材停放24h后进行时效处理，时效处理温度175℃，保温8h，最后冷却至室温。
实施例二
一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，所述铝合金型材由以下质量百分比的化学组分组成：Si：0.72％、Mg：0.54％、Zn：0.3％、Fe：0.08％、Cu：0.20％、Zr：0.04％、Y：0.05％、Mo：0.05％、Mn：0.06％、Ti：0.03％、Cr：0.03％、Al：97.9％。
所述的新能源汽车电池托盘高强铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：
(1)熔炼：
将配好的原材料加入熔炼炉内进行熔炼，熔融成均匀的熔体，熔炼温度为740℃、熔炼时间为3.5h；
(2)精炼：
通入55％N2+35％Ar+10％CO混合气体进行第一次精炼，混合气体流量为2.8L/min，精炼时间10min，扒渣后静置30min，然后加入铝合金型材总质量0.4％的氯化钇进行第二次精炼，精炼25min后扒渣，再通过过滤装置去除熔炉内熔体的杂质；
(3)铸造：
将精炼后的熔体铸造成铝合金铸锭，铸造温度为705℃，铸造速度为85mm/min；
(4)均匀化处理：
将铸造后的铝合金铸锭放入均热炉内进行均匀化处理，加热温度555℃，保温8.5h，然后强风冷却，冷却至180℃后再用水雾冷却；
(5)挤压：
将均匀化处理后的铝合金铸锭送入挤压机内挤压成型，挤压温度为480℃，挤压速率为11m/min，挤压压力为135MPa；
(6)固溶淬火：
将步骤(5)挤压成型后的铝合金型材进行在线固溶淬火，淬火温度520℃，淬火冷却速度为320℃/min；
(7)时效处理：
固溶淬火后的铝合金型材停放27h后进行时效处理，时效处理温度180℃，保温7h，最后冷却至室温。
实施例三
一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，所述铝合金型材由以下质量百分比的化学组分组成：Si：0.8％、Mg：0.6％、Zn：0.4％、Fe：0.06％、Cu：0.25％、Zr：0.02％、Ce：0.06％、Mo：0.06％、Mn：0.04％、Ti：0.035％、Cr：0.02％、Al：97.655％。
所述的新能源汽车电池托盘高强铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：
(1)熔炼：
将配好的原材料加入熔炼炉内进行熔炼，熔融成均匀的熔体，熔炼温度为745℃、熔炼时间为3h；
(2)精炼：
通入60％N2+25％Ar+15％CO混合气体进行第一次精炼，混合气体流量为2.4L/min，精炼时间12min，扒渣后静置35min，然后加入铝合金型材总质量0.5％的氯化锰进行第二次精炼，精炼20min后扒渣，再通过过滤装置去除熔炉内熔体的杂质；
(3)铸造：
将精炼后的熔体铸造成铝合金铸锭，铸造温度为710℃，铸造速度为90mm/min；
(4)均匀化处理：
将铸造后的铝合金铸锭放入均热炉内进行均匀化处理，加热温度560℃，保温7.5h，然后强风冷却，冷却至180℃后再用水雾冷却；
(5)挤压：
将均匀化处理后的铝合金铸锭送入挤压机内挤压成型，挤压温度为485℃，挤压速率为12m/min，挤压压力为150MPa；
(6)固溶淬火：
将步骤(5)挤压成型后的铝合金型材进行在线固溶淬火，淬火温度525℃，淬火冷却速度为350℃/min；
(7)时效处理：
固溶淬火后的铝合金型材停放30h后进行时效处理，时效处理温度185℃，保温6h，最后冷却至室温。
对比例一
一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，所述铝合金型材化学组分中不含稀土元素，其余化学组分含量与实施例一相一致，制备步骤相同。
对比例二
一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，所述铝合金型材中各化学组分含量与实施例一相一致，制备步骤中步骤(4)均匀化处理改用水雾冷却，其他步骤与实施例一相一致。
分别对实施例一至三以及对比例一和对比例二的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及耐盐雾腐蚀性进行测试，结果见表1。
表1
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 耐盐雾腐蚀性
实施例一 370 324 Ⅵ
实施例二 386 338 Ⅵ
实施例三 379 331 Ⅵ
对比例一 352 304 Ⅳ
对比例二 327 285 Ⅵ
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (3)

1.一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，其特征在于，所述铝合金型材由以下质量百分比的化学组分组成：Si：0.65～0.8％、Mg：0.48～0.6％、Zn：0.3～0.4％、Fe：0.06～0.10％、Cu：0.15～0.25％、Zr：0.02～0.04％、稀土元素：0.05～0.07％、Mo：0.03～0.06％、Mn：0.04～0.06％、Ti：0.03～0.04％、Cr：0.01～0.03％、余量为Al，所述铝合金型材的制备包括如下步骤：
(1)熔炼：将配好的原材料加入熔炼炉内进行熔炼，熔融成均匀的熔体，熔炼温度为735～745℃、熔炼时间为3～4h；
(2)精炼：通入N2+Ar+CO混合气体进行第一次精炼，精炼时间8～12min，扒渣后静置25～35min，然后加入氯化盐进行第二次精炼，精炼20～30min后扒渣，再通过过滤装置去除熔炉内熔体的杂质；
(3)铸造：将精炼后的熔体铸造成铝合金铸锭，铸造温度为700～710℃，铸造速度为80～90mm/min；
(4)均匀化处理：将铸造后的铝合金铸锭放入均热炉内进行均匀化处理，加热温度550～560℃，保温7.5～9.5h，然后强风冷却，冷却至180℃后再用水雾冷却；
(5)挤压：将均匀化处理后的铝合金铸锭送入挤压机内挤压成型，挤压温度为475～485℃，挤压速率为10～12m/min，挤压压力为120～150MPa；
(6)固溶淬火：将步骤(5)挤压成型后的铝合金型材进行在线固溶淬火，淬火温度510～525℃，淬火冷却速度为300～350℃/min；
(7)时效处理：固溶淬火后的铝合金型材停放24～30h后进行时效处理，时效处理温度175～185℃，保温6～8h，最后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，其特征在于，步骤(2)精炼时混合气体流量为2.4～3.2L/min，混合气体中各气体含量为50～60％N2、25～35％Ar、10～20％CO。
3.根据权利要求1所述的新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，其特征在于，步骤(2)精炼时选用的氯化盐为氯化锌、氯化锰、氯化钇、氯化镧中的任意一种，所述氯化盐的加入量为铝合金型材总质量的0.25～0.5％。
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