CN111500899A - 一种含稀土元素的防爆膜用铝材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含稀土元素的防爆膜用铝材，由以下质量百分比组分组成：Fe：1.0～1.4％、Si：≤0.25％、Cu：≤0.1％、Mn：0.4～0.8％、Mg：≤0.5％、RE：0.05～0.07％、其余为Al，其中Fe+Mn≤2.0％，Fe/Si为1.5～4.0。本发明还公开了这种含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法，在静置炉加入复合稀土并以Al‑RE‑B中间合金作为细化剂细化铝合金组织，在热轧前进行均匀化热处理。本发明有效的提高锂电池用防爆膜的力学性能，保持优良的导电性，细化显微组织，防爆膜成品屈服强度≥50MPa，同时延伸率可达40％以上，导电率在53.5％IACS以上。

Description

一种含稀土元素的防爆膜用铝材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种防爆膜用铝箔及其制造方法，特别是涉及一种含稀土元素的防爆膜用铝材及其制造方法。
背景技术
新能源汽车的动力电池组中锂电池顶盖一般设有防爆膜结构，以确保电池在多次快速充放电过程中的安全性。防爆膜用铝材需要承受电池充放电过程中的内压变化，要求具有一定的屈服强度。同时，防爆膜由冲压加工而成，需要铝箔材料成形性优良，具有高延伸率和细小晶粒度。此外，电池用铝箔产品由于其性能要求的特殊性，对导电性和导热性亦有较高要求，防爆膜作为确保充放电安全性的关键部件，必须具有优异的导热性，以有效散去电池充放电产生的大量热量。目前使用较多的为3003系铝合金牌号制备防爆膜材料，Mn元素为主要添加合金元素，虽然成形性优良，强度高。但较多固溶的Mn元素不仅易造成加工硬化，降低材料延伸率，还对材料的导电、导热性能有较大损害。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种含稀土元素的防爆膜用铝材，在保证材料导电性能同时提高屈服强度及延伸率。本发明的另一个目的是提供一种含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法。
本发明的技术方案是这样的：一种含稀土元素的防爆膜用铝材，由以下质量百分比组分组成：Fe：1.0～1.4％、Si：≤0.25％、Cu：≤0.1％、Mn：0.4～0.8％、Mg：≤0.5％、RE：0.05～0.07％、其余为Al，其中Fe+Mn≤2.0％，Fe/Si为1.5～4.0。
优选地，由以下质量百分比组分组成：Fe：1.1～1.3％、Si：≤0.1％、Cu：≤0.05％、Mn：0.45～0.6％、Mg：≤0.1％、RE：0.05～0.07％、其余为Al，其中Fe+Mn≤1.9％，Fe/Si为2.0～3.0。
进一步地，所述防爆膜用铝箔的屈服强度为63～67MPa，延伸率为40～42％，导电率为53～54％IACS。
一种含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法，包括以下步骤：(1)冶炼：按照所述合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，其中在静置炉中添加复合稀土，在流槽中加入Al-RE-B中间合金作为细化剂细化铝合金组织；(2)均匀化热处理：将所述合金铸锭加热至为600～630℃，保温时间为4～7小时；(3)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料；(4)粗轧：将经过热轧的坯锭置于冷轧机上进行冷粗轧；(5)重卷切边：对所述粗轧坯料进行重卷切边；(6)对所述重卷切边后的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度；(7)成品退火：对所述精轧后的铝箔卷进行成品退火，而后将铝箔卷分切。
优选地，所述步骤(1)冶炼时熔炼温度为740～770℃，精炼温度为725～755℃，铸造温度为705～725℃。
优选地，所述步骤(3)热轧中热轧坯锭加热温度为520～540℃，坯锭加热到温后保温时间为4h～16h，辊道处开轧温度为500～520℃。
优选地，所述的步骤(4)中冷粗轧板锭的厚度控制为1.4～2.0mm，所述的步骤(6)中冷精轧铝箔卷的厚度为0.4～1.0mm。
优选地，所述步骤(7)中的成品退火时的温度为400～460℃，保温时间为12～14h。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案的有益效果是：
(1)在熔炼过程中分步加入稀土元素。一方面，在静置炉中添加复合稀土。稀土与铝液中的氢等气体和一些杂质元素有较强的亲和力，能生成熔点高的化合物，有优异的除氢、精炼和净化作用。本发明通过稀土元素对熔体进行净化处理，除氢效果显著，同时促使杂质元素成相析出，降低了固溶量，减小了杂质元素对导电率的损害。另一方面，传统工业应用的Al-Ti-B细化剂易引入Ti元素，对导电/热性能有较大的负面影响。本发明在流槽中加入Al-RE-B中间合金作为细化剂替代Al-Ti-B对铝合金组织进行细化，消除Ti元素对导电/热性的损伤，大幅提高产品的晶粒组织均匀性，显著降低晶粒尺寸。
(2)控制Fe、Mn含量及比例。本发明提高Fe元素含量，降低Mn元素含量。通过Fe降低Mn在铝中的溶解度，使板材在退火时得到较细的晶粒组织，但是Fe和Mn含量不应大于2.0％，避免形成大量的(FeMn)Al6粗大片状难溶相，降低合金的力学性能和加工性能。
附图说明
图1为实施例1中所述的防爆膜用铝合金材的金相显微组织图。
图2为实施例2中所述的防爆膜用铝合金材的金相显微组织图。
图3为实施例3中所述的防爆膜用铝合金材的金相显微组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法包括如下步骤：(1)冶炼：按照合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，合金元素的成分及其质量百分比为：Fe：1.15％；Si：0.07％；Cu：0.01％；Mn：0.49％；Mg：0.04％，此外，添加少量稀土元素，RE：0.06％。其中在静置炉中添加复合稀土，在流槽中加入Al-RE-B中间合金作为细化剂细化铝合金组织。冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为750℃，精炼温度为730℃，铸造温度为705℃；(2)均匀化热处理：将所述合金铸锭进行均匀化热处理，温度为600℃，保温时间为5小时；(3)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，热轧坯锭加热温度为525℃，坯锭加热到温后保温时间为10h，辊道处开轧温度为505℃，得到热轧坯料；(4)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，冷粗轧板锭的厚度为1.5mm；(5)重卷切边：对所述粗轧坯料进行重卷切边；(6)对所述重卷切边后的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度0.5mm；(7)成品退火：对所述精轧后的铝箔卷进行成品退火，成品退火时的温度为420℃，保温时间为13小时，而后将铝箔卷分切，即可得成品防爆膜用铝材。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的铝合金材，力学性能为屈服强度67MPa，延伸率42％，导电率54％IACS，其显微组织细小均匀，晶粒度为14μm，如图1所示。
实施例2
含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法包括如下步骤：(1)冶炼：按照合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，合金元素的成分及其质量百分比为：Fe：1.07％；Si：0.05％；Cu：0.01％；Mn：0.53％；Mg：0.02％，RE：0.06％。其中在静置炉中添加复合稀土，在流槽中加入Al-RE-B中间合金作为细化剂细化铝合金组织。冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为740℃，精炼温度为735℃，铸造温度为715℃；(2)均匀化热处理：将所述合金铸锭进行均匀化热处理，温度为610℃，保温时间为4小时；(3)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，热轧坯锭加热温度为530℃，坯锭加热到温后保温时间为10h，辊道处开轧温度为510℃，得到热轧坯料；(4)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，冷粗轧板锭的厚度为1.4mm；(5)重卷切边：对所述粗轧坯料进行重卷切边；(6)对所述重卷切边后的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度0.8mm；(7)成品退火：对所述精轧后的铝箔卷进行成品退火，成品退火时的温度为440℃，保温时间为12小时，而后将铝箔卷分切，即可得成品防爆膜用铝材。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的铝合金材，力学性能为屈服强度65MPa，延伸率41％，导电率53.5％IACS，其显微组织细小均匀，晶粒度为15μm，如图2所示。
实施例3
含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法包括如下步骤：(1)冶炼：按照合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，合金元素的成分及其质量百分比为：Fe：1.16％；Si：0.07％；Cu：0.02％；Mn：0.50％；Mg：0.01％，添加少量稀土元素，RE：0.05％。其中在静置炉中添加复合稀土，在流槽中加入Al-RE-B中间合金作为细化剂细化铝合金组织。冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为760℃，精炼温度为730℃，铸造温度为720℃；(2)均匀化热处理：将所述合金铸锭进行均匀化热处理，温度为600℃，保温时间为6小时；(3)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，热轧坯锭加热温度为530℃，坯锭加热到温后保温时间为10h，辊道处开轧温度为520℃，得到热轧坯料；(4)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，冷粗轧板锭的厚度为1.4mm；(5)重卷切边：对所述粗轧坯料进行重卷切边；(6)对所述重卷切边后的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度0.5mm；(7)成品退火：对所述精轧后的铝箔卷进行成品退火，成品退火时的温度为450℃，保温时间为12小时，而后将铝箔卷分切，即可得成品防爆膜用铝材。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的铝合金材，力学性能为屈服强度67MPa，延伸率41％，导电率53.5％IACS，其显微组织细小均匀，晶粒度为15μm，如图3所示。
实施例4
含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法包括如下步骤：(1)冶炼：按照合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，合金元素的成分及其质量百分比为：Fe：1.0％；Si：0.1％；Cu：0.05％；Mn：0.60％；Mg：0.05％，RE：0.07％。其中在静置炉中添加复合稀土，在流槽中加入Al-RE-B中间合金作为细化剂细化铝合金组织。冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为740℃，精炼温度为735℃，铸造温度为715℃；(2)均匀化热处理：将所述合金铸锭进行均匀化热处理，温度为605℃，保温时间为4小时；(3)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，热轧坯锭加热温度为520℃，坯锭加热到温后保温时间为8h，辊道处开轧温度为500℃，得到热轧坯料；(4)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，冷粗轧板锭的厚度为1.5mm；(5)重卷切边：对所述粗轧坯料进行重卷切边；(6)对所述重卷切边后的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度0.5mm；(7)成品退火：对所述精轧后的铝箔卷进行成品退火，成品退火时的温度为420℃，保温时间为13小时，而后将铝箔卷分切，即可得成品防爆膜用铝材。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的铝合金材，力学性能为屈服强度64MPa，延伸率40％，导电率53.5％IACS，其显微组织细小均匀，晶粒度为15μm。
实施例5
含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法包括如下步骤：(1)冶炼：按照合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，合金元素的成分及其质量百分比为：Fe：1.40％；Si：0.12％；Cu：0.03％；Mn：0.40％；Mg：0.15％，RE：0.06％。其中在静置炉中添加复合稀土，在流槽中加入Al-RE-B中间合金作为细化剂细化铝合金组织。冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为770℃，精炼温度为750℃，铸造温度为720℃；(2)均匀化热处理：将所述合金铸锭进行均匀化热处理，温度为610℃，保温时间为7小时；(3)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，热轧坯锭加热温度为540℃，坯锭加热到温后保温时间为12h，辊道处开轧温度为520℃，得到热轧坯料；(4)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，冷粗轧板锭的厚度为1.4mm；(5)重卷切边：对所述粗轧坯料进行重卷切边；(6)对所述重卷切边后的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度0.8mm；(7)成品退火：对所述精轧后的铝箔卷进行成品退火，成品退火时的温度为440℃，保温时间为10小时，而后将铝箔卷分切，即可得成品防爆膜用铝材。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的铝合金材，力学性能为屈服强度63MPa，延伸率40％，导电率54％IACS，其显微组织细小均匀，晶粒度为15μm。
对比例1
铝材的制造方法包括如下步骤：(1)冶炼：按照合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，合金元素的成分及其质量百分比为：Fe：1.0％；Si：0.25％；Cu：0.08％；Mn：0.8％；Mg：0.07％，Ti：0.05％。冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为760℃，精炼温度为735℃，铸造温度为720℃；(2)均匀化热处理：将所述合金铸锭进行均匀化热处理，温度为550℃，保温时间为4小时；(3)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，热轧坯锭加热温度为500℃，坯锭加热到温后保温时间为10h，辊道处开轧温度为480℃，得到热轧坯料；(4)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，冷粗轧板锭的厚度为1.5mm；(5)重卷切边：对所述粗轧坯料进行重卷切边；(6)对所述重卷切边后的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度0.5mm；(7)成品退火：对所述精轧后的铝箔卷进行成品退火，成品退火时的温度为400℃，保温时间为10小时，而后将铝箔卷分切，即可得成品防爆膜用铝材。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的铝合金材，力学性能为屈服强度62MPa，延伸率35％，导电率49％IACS，其显微组织细小均匀，晶粒度为22μm。
对比例2
铝材的制造方法包括如下步骤：(1)冶炼：按照合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，合金元素的成分及其质量百分比为：Fe：1.5％；Si：0.17％；Cu：0.02％；Mn：0.30％；Mg：0.01％，Ti：0.02％。冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为750℃，精炼温度为740℃，铸造温度为720℃；(2)均匀化热处理：将所述合金铸锭进行均匀化热处理，温度为580℃，保温时间为12小时；(3)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，热轧坯锭加热温度为540℃，坯锭加热到温后保温时间为5h，辊道处开轧温度为530℃，得到热轧坯料；(4)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，冷粗轧板锭的厚度为1.4mm；(5)重卷切边：对所述粗轧坯料进行重卷切边；(6)对所述重卷切边后的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度0.8mm；(7)成品退火：对所述精轧后的铝箔卷进行成品退火，成品退火时的温度为420℃，保温时间为10小时，而后将铝箔卷分切，即可得成品防爆膜用铝材。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的铝合金材，力学性能为屈服强度55MPa，延伸率36％，导电率51％IACS，其显微组织细小均匀，晶粒度为25μm。

Claims (8)

1.一种含稀土元素的防爆膜用铝材，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：Fe：1.0～1.4％、Si：≤0.25％、Cu：≤0.1％、Mn：0.4～0.8％、Mg：≤0.5％、RE：0.05～0.07％、其余为Al，其中Fe+Mn≤2.0％，Fe/Si为1.5～4.0。
2.一种含稀土元素的防爆膜用铝材，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：Fe：1.1～1.3％、Si：≤0.1％、Cu：≤0.05％、Mn：0.45～0.6％、Mg：≤0.1％、RE：0.05～0.07％、其余为Al，其中Fe+Mn≤1.9％，Fe/Si为2.0～3.0。
3.根据权利要求1或2所述的含稀土元素的防爆膜用铝材，其特征在于，所述防爆膜用铝箔的屈服强度为63～67MPa，延伸率为40～42％，导电率为53～54％IACS。
4.一种如权利要求1至3中任意一项含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)冶炼：按照所述合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，其中在静置炉中添加复合稀土，在流槽中加入Al-RE-B中间合金作为细化剂细化铝合金组织；(2)均匀化热处理：将所述合金铸锭加热至为600～630℃，保温时间为4～7小时；(3)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料；(4)粗轧：将经过热轧的坯锭置于冷轧机上进行冷粗轧；(5)重卷切边：对所述粗轧坯料进行重卷切边；(6)对所述重卷切边后的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度；(7)成品退火：对所述精轧后的铝箔卷进行成品退火，而后将铝箔卷分切。
5.根据权利要求4所述的含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)冶炼时熔炼温度为740～770℃，精炼温度为725～755℃，铸造温度为705～725℃。
6.根据权利要求4所述的含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)热轧中热轧坯锭加热温度为520～540℃，坯锭加热到温后保温时间为4h～16h，辊道处开轧温度为500～520℃。
7.根据权利要求4所述的含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法，其特征在于，所述的步骤(4)中冷粗轧板锭的厚度控制为1.4～2.0mm，所述的步骤(6)中冷精轧铝箔卷的厚度为0.4～1.0mm。
8.根据权利要求4所述的含稀土元素的防爆膜用铝材的制造方法，其特征在于，所述步骤(7)中的成品退火时的温度为400～460℃，保温时间为12～14h。
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