CN111575550A

CN111575550A - 一种高强可焊铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN111575550A
Application number: CN202010500839.7A
Authority: CN
Inventors: 冯永平; 黄帧荣; 张建雷; 池海涛; 李桂芝
Original assignee: Fujian Xiangxin Shares Co ltd
Current assignee: Fujian Xiangxin Shares Co ltd
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2040-06-04
Also published as: CN111575550B

Abstract

本发明属于铝合金材料领域，公开了一种高强可焊铝合金，所述高强可焊铝合金包括以下成分：0.4‑1.2％Mg、0.7‑1.4％Si、0.2‑0.7％Mn、0.05‑0.2％Cu、0.1‑0.5％Zn、0.4‑0.6％Fe、0.05‑0.15％Cr、0.1‑0.3％的其他合金元素，余量为Al；其他合金元素包括Ni、V、Ti、Zr、稀土元素的组合，比例为1.2‑1.4∶0.6‑0.8∶2.4‑2.6∶0.4‑0.6∶0.2；稀土元素包括：Ce、La、Er，其中Ce占稀土元素总量的60％以上。本发明的铝合金通过对原有配方的改进，提升了强度和力学性能，可用作新能源汽车动力电池里面的铝合金零件，比如端板，托盘等等。

Description

一种高强可焊铝合金及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种高强可焊铝合金及其制备方法。

背景技术

6xxx系铝合金是应用最广、产量最大的铝合金，现有6xxx系铝合金已被应用于航空航天、武器装备、交通运输、电力等重要行业。然而随着其应用范围的扩大，6xxx系铝合金的强韧性、焊接性以及耐腐蚀性受到了严峻的挑战。

6xxx系为Al-Mg-Si合金，是可沉淀强化的铝合金，主要的强化相为Mg₂Si，然而目前6xxx系铝合金中合金元素含量较低，如Mg的含量为0.3％-1.2％；Si的含量为0.3％-1.7％，因此，合金强度和硬度较低。例如6063铝合金挤压型材，T6状态下抗拉强度一般不高于260MPa；6061-T6的抗拉强度通常也低于290MPa。虽然可以添加锆、钒、硼、钛等元素进行铝合金改性，但是在铝合金提高强度后，韧性、耐腐蚀性以及焊接性能降低。

中国专利申请文献″一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金及其制备方法(公开号：CN110066932A)″公开了一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金及其制备方法。该发明是要解决现有6XXX系铝合金合金强度和硬度较低，当采用其他元素改性时又会降低韧性、耐腐蚀性以及焊接性能的问题。铝合金按质量百分比由0.8-1.6％Mg、1.2-1.8％Si、0.4-1.2％Mn、0.1-0.7％Cu、0.3-0.8％Zn、0.1-0.5％Fe、0.1-0.5％Cr、0.01-0.06％稀土元素，余量为Al和其他不可避免的杂质元素组成。虽然该发明的铝合金具有较好的焊接性能和一定强度，但是其强度在某些特殊领域还是不够，不属于高强铝合金，因此需要一种高强可焊的铝合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强可焊铝合金，通过对原有配方的改进，提升了强度和力学性能，可作为新能源汽车动力电池里面的铝合金零件，比如端板，托盘等等，以及集装箱的型材。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高强可焊铝合金，所述高强可焊铝合金包括以下成分：0.4-1.2％Mg、0.7-1.4％Si、0.2-0.7％Mn、0.05-0.2％Cu、0.1-0.5％Zn、0.4-0.6％Fe、0.05-0.15％Cr、0.1-0.3％的其他合金元素，余量为Al；其他合金元素包括Ni、V、Ti、Zr、稀土元素的组合，比例为1.2-1.4∶0.6-0.8∶2.4-2.6∶0.4-0.6∶0.2；稀土元素包括：Ce、La、Er，其中Ce占稀土元素总量的60％以上。

进一步地，所述高强可焊铝合金包括以下成分：0.8％Mg、1.05％Si、0.45％Mn、0.125％Cu、0.3％Zn、0.5％Fe、0.1％Cr、0.2％的其他合金元素，余量为Al。

进一步地，所述的稀土元素包括：70％Ce，20％La，10％Er。

进一步地，所述的其他合金元素包括Ni、V、Ti、Zr、稀土元素的组合，比例为1.3∶0.7∶2.5∶0.5∶0.2。

进一步地，所述Mg和Si的含量不超过2％。

进一步地，高强可焊铝合金的制备方法，包括以下步骤：(a)熔炼中间合金：Zn、Al、Mg采用纯锌锭、纯铝锭和纯镁锭，Si、Fe、Mn、Cu和Cr采用铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金和铝铬中间合金；将纯铝锭装炉，炉气温度设定为750-780℃，待纯铝锭熔化后保温20-40min进行扒渣，然后将铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金和纯镁锭按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，然后将炉气温度提升10-20℃保温至中间合金及镁锭全部熔化后，再将炉气温度提升10-20℃后依次加入铝硅中间合金、铝铬中间合金和纯锌锭，保温至完全熔化后得到合金溶液，将合金熔液的温度降低至720-740℃，加入其他合金元素后进行精炼，然后以1℃/min的速度升温至780℃，精炼10min，降温至720度后，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；(2)均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；(3)热挤压及热处理：对均匀化后的铸锭进行热挤压，得到挤压型材，随后对挤压型材进行在线淬火处理，最后进行时效处理，得到高强可焊铝合金。

进一步地，所述步骤二中所述均匀化处理的处理温度为560-600℃，时间为8h。

进一步地，所述步骤三中所述热挤压的温度为520-540℃。

进一步地，所述步骤三中所述在线淬火处理的冷却方式为水雾冷却，水温为15-25℃。

进一步地，所述步骤三中所述时效处理为双级时效，一级时效温度为200-220℃，时间为1-2h；二级时效温度为160℃，时效时间为5-7h。

本发明具有以下有益效果：

通过添加稀土元素有三方面作用，第一、稀土元素具有强烈的细化晶粒作用，增加合金延展性和耐腐蚀性；第二、稀土元素与合金中多余的Si、Cu以及未充分沉淀的Mg元素形成细小弥散分布的强化相，进一步改善合金强度；第三、稀土元素能够在焊接过程中形成细小的难熔质点，改善焊接性能。本发明中为了提高铝合金的强度，对稀土元素进行了优选，与原有技术中的配方和比例相比，发现当添加Ce、La、Er，其中Ce占稀土元素总量的60％以上时，具有较明显的强度增强的效果，所得高强可焊铝合金屈服强度可达500MPa以上，例如515MPa以上，拉伸强度可达400MPa以上，例如430MPa以上。

调节Mg和Si的元素含量、形成更多的Mg2Si沉淀相，增加沉淀强化效果。Mg和Si的含量由于调节了稀土元素的含量，这里含量不宜过高，需要控制在2％以下。

本发明中还添加的Ni、V、Ti、Zr的组合，Ni可以起到异质核心，强化强度和拉升性能的效果，Ti的密度与Al相似，在冷却析出时，在铝合金内部分散均匀，从而可以作为成核的核心，使Mg，Cu在其附近凝结析出，避免Mg，Cu等较重的金属下降在铸件底部导致的力学性能下降，Cr的添加主要是为了克服Ni，V，Ti的添加带来的铝合金的硬度下降的问题，从而实现合金性能的最佳平衡。本发明中的Ni、V、Ti、Zr，与稀土元素需要配合加入，能够实现最佳的技术效果。

具体实施方式

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

所述Mg和Si的含量不超过2％。

高强可焊铝合金的制备方法，包括以下步骤：(a)熔炼中间合金：Zn、Al、Mg采用纯锌锭、纯铝锭和纯镁锭，Si、Fe、Mn、Cu和Cr采用铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金和铝铬中间合金；将纯铝锭装炉，炉气温度设定为760℃，待纯铝锭熔化后保温30min进行扒渣，然后将铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金和纯镁锭按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，然后将炉气温度提升15℃保温至中间合金及镁锭全部熔化后，再将炉气温度提升15℃后依次加入铝硅中间合金、铝铬中间合金和纯锌锭，保温至完全熔化后得到合金溶液，将合金熔液的温度降低至730℃，加入其他合金元素后进行精炼，然后以1℃/min的速度升温至780℃，精炼10min，降温至720度后，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；(2)均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；(3)热挤压及热处理：对均匀化后的铸锭进行热挤压，得到挤压型材，随后对挤压型材进行在线淬火处理，最后进行时效处理，得到高强可焊铝合金。

所述步骤二中所述均匀化处理的处理温度为580℃，时间为8h；冷却方式为水雾冷却至100℃以下，水温为20℃。

所述步骤三中所述热挤压的温度为530℃。

步骤三中所述在线淬火处理的冷却方式为水雾冷却，水温为20℃。

步骤三中所述时效处理为双级时效，一级时效温度为210℃，时间为1.5h；二级时效温度为160℃，时效时间为6h。

实施例1

一种高强可焊铝合金，所述高强可焊铝合金包括以下成分：0.8％Mg、1.05％Si、0.45％Mn、0.125％Cu、0.3％Zn、0.5％Fe、0.1％Cr、0.2％的其他合金元素，余量为Al。所述的稀土元素包括：70％Ce，20％La，10％Er。所述的其他合金元素包括Ni、V、Ti、Zr、稀土元素的组合，比例为1.3∶0.7∶2.5∶0.5∶0.2。

实施例2

一种高强可焊铝合金，所述高强可焊铝合金包括以下成分：0.4％Mg、1.4％Si、0.2％Mn、0.2％Cu、0.1％Zn、0.6％Fe、0.05％Cr、0.3％的其他合金元素，余量为Al；其他合金元素包括Ni、V、Ti、Zr、稀土元素的组合，比例为1.2∶0.8∶2.4∶0.6∶0.2。所述的稀土元素包括：70％Ce，20％La，10％Er。

实施例3

一种高强可焊铝合金，所述高强可焊铝合金包括以下成分：1.2％Mg、0.7％Si、0.7％Mn、0.05％Cu、0.5％Zn、0.4％Fe、0.15％Cr、0.1％的其他合金元素，余量为Al；其他合金元素包括Ni、V、Ti、Zr、稀土元素的组合，比例为1.4∶0.6∶2.6∶0.4∶0.2。所述的稀土元素包括：70％Ce，20％La，10％Er。

对比例1

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是1.2％Mg、1.2％Si。

对比例2

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是稀土元素按质量百分比由为55％Er、35％La和10％Lu组成。

对比例3

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是不添加Ni、V、Ti、Zr。

对比例4

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是不添加Ni、V。

对比例5

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是不添加Ti、Zr。

对比例6

根据″一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金及其制备方法(公开号：CN110066932A)″公开的实施例1的方法制备。

对实施例1-3和对比例1-6制得的合金单丝，合金单丝的直径为0.2mm，进行测定断裂伸长率和拉伸强度，测定结果如下表所示。上述所有产品，经过EN 15614-2铝及铝合金焊接工艺评定试验标准进行焊接测试，均具有良好的可焊性。

由上表可知：由实施例1-3和对比例1可知，Mg和Si的含量超过2％对性能会造成一定的阻碍，由对比例2可知，稀土元素替换为原来配方，性能不佳，由对比例3-6可知，Ni、V、Ti、Zr添加对性能有明显提高。

以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims

1.一种高强可焊铝合金，其特征在于，所述高强可焊铝合金包括以下成分：0.4-1.2％Mg、0.7-1.4％Si、0.2-0.7％Mn、0.05-0.2％Cu、0.1-0.5％Zn、0.4-0.6％Fe、0.05-0.15％Cr、0.1-0.3％的其他合金元素，余量为Al；其他合金元素包括Ni、V、Ti、Zr、稀土元素，比例为1.2-1.4∶0.6-0.8∶2.4-2.6∶0.4-0.6∶0.2；稀土元素包括Ce、La、Er，其中Ce占稀土元素总量的60％以上。

2.根据权利要求1所述的高强可焊铝合金，其特征在于，所述高强可焊铝合金包括以下成分：0.8％Mg、1.05％Si、0.45％Mn、0.125％Cu、0.3％Zn、0.5％Fe、0.1％Cr、0.2％的其他合金元素，余量为Al。

3.根据权利要求1所述的高强可焊铝合金，其特征在于，所述稀土元素包括：70％Ce，20％La，10％Er。

4.根据权利要求1所述的高强可焊铝合金，其特征在于，所述其他合金元素包括Ni、V、Ti、Zr、稀土元素，比例为1.3∶0.7∶2.5∶0.5∶0.2。

5.根据权利要求1所述的高强可焊铝合金，其特征在于，所述Mg和Si的含量不超过2％。

6.权利要求1-5所述的高强可焊铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)熔炼中间合金：Zn、Al、Mg采用纯锌锭、纯铝锭和纯镁锭，Si、Fe、Mn、Cu和Cr采用铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金和铝铬中间合金；将纯铝锭装炉，炉气温度设定为750-780℃，待纯铝锭熔化后保温20-40min进行扒渣，然后将铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金和纯镁锭按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，然后将炉气温度提升10-20℃保温至中间合金及镁锭全部熔化后，再将炉气温度提升10-20℃后依次加入铝硅中间合金、铝铬中间合金和纯锌锭，保温至完全熔化后得到合金溶液，将合金熔液的温度降低至720-740℃，加入其他合金元素后进行精炼，然后以0.7-1.3℃/min的速度升温至775-785℃，精炼7-13min，降温至715-725度后，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；(2)均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；(3)热挤压及热处理：对均匀化后的铸锭进行热挤压，得到挤压型材，随后对挤压型材进行在线淬火处理，最后进行时效处理，得到高强可焊铝合金。

7.根据权利要求6所述的高强可焊铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述均匀化处理的处理温度为560-600℃，时间为8h。

8.根据权利要求6所述的高强可焊铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述热挤压的温度为520-540℃。

9.根据权利要求6所述的高强可焊铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述在线淬火处理是用水雾冷却，水温为15-25℃。

10.根据权利要求6所述的高强可焊铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(30中所述时效处理为双级时效，一级时效温度为200-220℃，时间为1-2h；二级时效温度为155-165℃，时效时间为5-7h。