CN113388762B - 一种适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金技术领域，尤其是涉及一种适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料及其制备方法，该合金包括Si：7.0wt％‑11.5wt％；Mg：0.4wt％‑1.0wt％；Zr：0.1wt％‑0.5wt％；Ti：<0.5wt％；B<0.5wt％；Fe：<0.5wt％；Cu<0.5wt％；Zn<0.5wt％，其余杂质控制在0.05wt％以下，余量为Al。与现有技术相比，本发明选用Zr、Ti和B元素掺杂进铝合金中，利用Zr、Ti和B元素的性能，大大提高了半固态铝合金材料的力学性能，使得材料的屈服强度达到240‑310MPa。

Description

一种适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，尤其是涉及一种适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料及其制备方法。
背景技术
电池包是新能源汽车的核心能量源，为整车提供驱动电能，它主要通过壳体包络构成电池包主体。电池包壳体作为电池模块的承载体，对电池模块的安全工作和防护起着关键作用。需满足强度刚度要求和电器设备外壳防护等级IP67设计要求并且提供碰撞保护。为了倡导节能减排、低碳环保，契合我国汽车轻量化等战略的进程，研究一种适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料已成为当今的热点。然而，高强高韧且成本较低的铝合金材料依然是我们追求的目标。
铝合金中的化学元素是影响其屈服强度的主要因素之一，化学元素对铝合金屈服强度的影响取决于元素加入量和存在形式，与化学元素本身以单质形式存在时的性质基本无相关性。
纯铝的强度低，不宜用来制作承受负荷的结构零件。因而，本发明通过添加不同的合金元素，在保证材料铸造性能的条件下，通过微量元素和净化元素的添加，来进一步提升铝合金材料的屈服强度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料及其制备方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料，以重量百分比计算，Si：7.0wt％-11.5wt％；Mg：0.4wt％-1.0wt％；Zr：0.1wt％-0.5wt％；Ti：<0.5wt％；B<0.5wt％；Fe：<0.5wt％；Cu<0.5wt％；Zn<0.5wt％，其余杂质控制在0.05wt％以下，余量为Al。本发明的改进点在于，半固态铝合金材料的铸锭中的Zr以ZrAl3初晶和固溶体两种形式存在；均匀化处理的铸锭中,球形的ZrAl3在基体上呈共格与非共格形式弥散析出,尺寸约为10～30nμ,热轧变形后,ZrAl3大都钉轧在位错线和小角晶界上,其形态和尺寸没有明显改变；淬火后,可观察到大量存在的亚结构和亚晶粒,球形ZrAl3质点分布在亚晶界,晶内以及位错线上,非共格的ZrAl3周围有η相非均质成核；与含Cr的该系合金相比较,可看到E相尺寸远大于含Zr合金中的ZrAl3质点,而ZrAl3周围非均质成核的η相的尺寸和数量要比E相周围的小得多，可以圆满地解释Zr对铝合金细化晶粒,提高再结晶温度,以及提高强度和抗应力腐蚀性能的作用。
优选的，所述的Si、Mg、Zr、Fe、Cu、Zn以单质的形式添加，Ti、B以Al-Ti-B中间合金的形式添加。
优选的，所述的合金中Mg、Fe、Cu、Zn、Zr以单质形式添加，具体是：将市售Mg、Fe、Cu、Zn、Zr单质加工为边长为5cm的立方体，烘干后分三批次投入铝液中，三个批次投入重量比例为4:3:3，每次投入后使用机械搅拌臂搅拌15min，以保证充分搅拌均匀。将市售Si单质预加工为纳米粉状，随后添加进铝液。
优选的，所述的合金中Zr进行以下预处理后添加：将Zr进行酸洗去除其表面氧化膜，即在温度30℃～35℃下，氢氟酸、硝酸和水的质量比为3：40：57，酸洗时间120s，不仅能够获得干净光洁的酸洗表面，而且能较好的避免过洗。
所述的合金中Zr和Al形成ZrAl3化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒，Zr亦能细化铸造组织。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种所述的适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比计算所需中间合金、单质金属的质量，进行备料；
2)铝锭表面清洗干净后，将铝锭放入熔炼炉或中频炉内进行熔炼，加热至700℃，完全融化后保温30分钟；
3)待铝液温度达到750-770℃时，将烘干后的第一批次Fe、Cu、Zn、Zr加入到铝液中，使用机械搅拌臂搅拌15min，保温30min；随后重复以上步骤，加入第二、第三批次的Fe、Cu、Zn和Zr。
4)第三批次Fe、Cu、Zn、Zr加入到铝液中并搅拌、保温完成后，加入Si单质元素，此时铝液温度仍保持在750-770℃。
5)铝液升温至780℃，加入Al-Ti-B中间相合金；
5)降温至710-730℃，加入Mg金属单质；
6)原料全部熔化后，依次经精炼、拔渣、浇注，得到铝合金铸件。
优选的，所述的适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料的制备方法，步骤(6)所述的精炼是在710-730℃条件下，使用铝合金专用精炼剂进行，整个精炼过程中都采用机械臂搅拌；精炼后降温至710℃保温、静置15分钟，使杂质充分地分层；静置完成后进行拔渣，加入铝合金用除渣剂，去除表面氧化皮和底部杂质。
优选的，所述的适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料的制备方法，所述的铝合金专用精炼剂采用新型环保无烟无味铝合金精炼剂。
优选的，所述的适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料的制备方法，步骤(6)将精炼、拔渣后的铝液温度降至680-700℃准备浇注，采用金属型重力浇注工艺，浇注模具在烘箱中升温至210-230℃，用料勺将铝液均匀加入到每个模具中成型。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.Si是改善流动性能的主要成份。从共晶到过共晶都能得到更好的流动性。但结晶析出的Si易形成硬点，使切削性变差，所以一般都不让它超过共晶点。另外，Si可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度。
2.Fe能明显提高Zn的再结晶温度，减缓再结晶的过程，但是超过了固溶限的Fe会以FeAl3结晶出来。Fe所造成的缺陷多生成渣滓以FeAl3的化合物浮起，铸件变脆，机加工性能变差。铁的流动性会影响铸件表面的光滑度。因此，需要严格控制Fe的添加量。
3.Ti在合金中只需微量可使机械性能提高，但导电率却下降。Al-Ti系合金产生包晶反应时，Ti的临界含量约为0.15％，如有B存在可以减少。
4.Zr和Al形成ZrAl3化合物,可阻碍再结晶过程,细化再结晶晶粒。Zr亦能细化铸造组织。
附图说明
图1为本发明实施例1的金相图。
图2为本发明实施例5的金相图。
具体实施方式
实施例1-10：
产品性能检测1)屈服强度检测方法参照GB/T 228.1A-20102)延伸率检测方法参照GB/T 228.1A-2010。
一种适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料，包括以下表1所述质量百分含量的成分，余量为铝及不可避免的杂质。
Si：7.0wt％-11.5wt％；Mg：0.4wt％-1.0wt％；Zr：0.1wt％-0.5wt％；Ti：<0.5wt％；B<0.5wt％；Fe：<0.5wt％；Cu<0.5wt％；Zn<0.5wt％。
表1为实施例1-10的铝合金中各元素含量表以及由此制得的铝合金材料性能
Figure BDA0003107298090000051
上述各实施例所述的铝合金的制备方法为：
1)按配比计算所需中间合金、单质金属的质量，进行备料；
2)铝锭表面清洗干净后，将铝锭放入熔炼炉或中频炉内进行熔炼，加热至700℃，完全融化后保温30分钟；
3)待铝液温度达到760℃时，将烘干后的第一批次Fe、Cu、Zn、Zr加入到铝液中，使用机械搅拌臂搅拌15min，保温30min；随后重复以上步骤，加入第二、第三批次的Fe、Cu、Zn和Zr。
4)第三批次Fe、Cu、Zn、Zr加入到铝液中并搅拌、保温完成后，加入Si单质元素，此时铝液温度仍保持在760℃。
5)铝液升温至780℃，加入Al-Ti-B中间相合金；
5)降温至720℃，加入Mg金属单质；
6)原料全部熔化后，依次经精炼、拔渣、浇注，得到铝合金铸件。
步骤(6)所述的精炼是在720℃条件下，使用铝合金专用精炼剂进行，整个精炼过程中都采用机械臂搅拌；精炼后降温至710℃保温、静置15分钟，使杂质充分地分层；静置完成后进行拔渣，加入铝合金用除渣剂，去除表面氧化皮和底部杂质。
所述的铝合金专用精炼剂采用新型环保无烟无味铝合金精炼剂，型号为启联新材料牌SlagRemover ITEMNo.3。
步骤(6)将精炼、拔渣后的铝液温度降至690℃准备浇注，采用金属型重力浇注工艺，浇注模具在烘箱中升温至220℃，用料勺将铝液均匀加入到每个模具中成型。
图1、图2分别为实施例1-10的铝合金在表1中序号1、序号5时的在1000倍金相显微镜下的晶粒结构。显而易见地，图2中晶粒更加细化，由此可见Zr能有效细化再结晶晶粒。通过对比实施例1和实施例5的合金的性能，显而易见地，实施例5合金的屈服强度、导热系数均优于实施例1。Zr和Al形成ZrAl3化合物,阻碍了再结晶过程,细化了再结晶晶粒，显著提高了合金的屈服强度和导热系数。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料，其特征在于，按照重量百分比计算，该合金包括：Si：9.23wt％；Mg：0.699wt％；Zr：0.27wt％；Ti：0.26wt％；B<0.5wt％；Fe：0.28wt％；Cu：0.28wt％；Zn：0.26wt％，其余杂质控制在0.05wt%以下，余量为Al；
所述适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1）按配比计算所需中间合金、单质金属的质量，进行备料；
2）铝锭表面清洗干净后，将铝锭放入熔炼炉或中频炉内进行熔炼，加热至700℃，完全融化后保温30分钟；
3）待铝液温度达到750-770℃时，将烘干后的第一批次Fe、Cu、Zn、Zr加入到铝液中，使用机械搅拌臂搅拌15min，保温30min；随后重复以上步骤，加入第二、第三批次的Fe、Cu、Zn和Zr；
4）第三批次Fe、Cu、Zn、Zr加入到铝液中并搅拌、保温完成后，加入Si单质元素，此时铝液温度仍保持在750-770℃；
5）铝液升温至780℃，加入Al-Ti-B中间合金；
5）降温至710-730℃，加入Mg金属单质；
6）原料全部熔化后，依次经精炼、拔渣、浇注，得到铝合金铸件。
2.一种适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料，其特征在于，按照重量百分比计算，该合金包括：Si：9.79wt％；Mg：0.777wt％；Zr：0.36wt％；Ti：0.32wt％；B<0.5wt％；Fe：0.39wt％；Cu：0.35wt％；Zn：0.34wt％，其余杂质控制在0.05wt%以下，余量为Al；
所述适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1）按配比计算所需中间合金、单质金属的质量，进行备料；
2）铝锭表面清洗干净后，将铝锭放入熔炼炉或中频炉内进行熔炼，加热至700℃，完全融化后保温30分钟；
3）待铝液温度达到750-770℃时，将烘干后的第一批次Fe、Cu、Zn、Zr加入到铝液中，使用机械搅拌臂搅拌15min，保温30min；随后重复以上步骤，加入第二、第三批次的Fe、Cu、Zn和Zr；
4）第三批次Fe、Cu、Zn、Zr加入到铝液中并搅拌、保温完成后，加入Si单质元素，此时铝液温度仍保持在750-770℃；
5）铝液升温至780℃，加入Al-Ti-B中间合金；
5）降温至710-730℃，加入Mg金属单质；
6）原料全部熔化后，依次经精炼、拔渣、浇注，得到铝合金铸件。
3.根据权利要求1或2所述的适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料，其特征在于，所述的合金中Mg、Fe、Cu、Zn、Zr以单质形式添加，具体是：将市售Mg、Fe、Cu、Zn、Zr单质加工为边长为5cm的立方体，烘干后分三批次投入铝液中，三个批次投入重量比例为4:3:3，每次投入后使用机械搅拌臂搅拌15min，以保证充分搅拌均匀；将市售Si单质预加工为纳米粉状，随后添加进铝液。
4.根据权利要求1或2所述的适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料，其特征在于，所述的合金中Zr进行以下预处理后添加：将Zr进行酸洗去除其表面氧化膜，即在温度30℃~35℃下，氢氟酸、硝酸和水的质量比为3：40：57，酸洗时间120s。
5.根据权利要求1或2所述的适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料，其特征在于，步骤（6）所述的精炼是在710-730℃条件下，使用铝合金专用精炼剂进行，整个精炼过程中都采用机械臂搅拌；精炼后降温至710℃保温、静置15分钟，使杂质充分地分层；静置完成后进行拔渣，加入铝合金用除渣剂，去除表面氧化皮和底部杂质。
6.根据权利要求5所述的适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料，其特征在于，所述的铝合金专用精炼剂采用环保无烟无味铝合金精炼剂。
7.根据权利要求5所述的适用于新能源汽车电池包的半固态铝合金材料，其特征在于，步骤（6）将精炼、拔渣后的铝液温度降至680-700℃准备浇注，采用金属型重力浇注工艺，浇注模具在烘箱中升温至210-230℃，用料勺将铝液均匀加入到每个模具中成型。
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JPH10226839A (ja) * 1997-02-19 1998-08-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 高強度Ａｌ合金ワイヤ・コイルばね及びその製造方法
CN108368568B (zh) * 2016-04-27 2022-01-07 株式会社Uacj 磁盘用基板
CN109972003B (zh) * 2019-04-03 2020-05-22 上海交通大学 适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金及其制备方法
CN110643862A (zh) * 2019-10-25 2020-01-03 安徽镁美科技有限公司 一种用于新能源汽车电池壳体铝合金及其压力铸造制备方法
CN111690849A (zh) * 2020-07-08 2020-09-22 沈阳航空航天大学 Al-Si系压铸铝合金中富铁相的细化方法及合金

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