CN113684400A - 一种高性能光伏铝合金边框及其生产工艺 - Google Patents

一种高性能光伏铝合金边框及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，它属于铝合金材料的制备技术领域，按元素的质量百分比为Si：0.60～0.65％、Fe：≤0.15％、Cu：≤0.05％、Mn：≤0.05％、Mg：0.50～0.55％、Cr：≤0.05％、Zn：≤0.1％、Ti：≤0.1％和余量为Al的配方进行配料，然后经过熔铸、挤压、喷砂及氧化工序，实现铝合金边框的加工成型，韦氏硬度15Hw以上，力学性能高，与6063铝合金相比，在相同的强度要求下，光伏太阳能边框壁厚能减少50%以上，光伏边框用铝成本降低50%，大大降低了光伏行业产电成本。

Description

一种高性能光伏铝合金边框及其生产工艺
技术领域
本发明涉及铝合金材料的制备技术领域，具体涉及一种高性能光伏铝合金边框及其生产工艺。
背景技术
世界性能源危机促进新能源产业迅速发展，而太阳能是各种可再生能源中最重要的节本能源，因此作为将太阳能辐射能转换为电能的太阳能发电技术，即光伏产业更是发展飞速。光伏太阳能支架是太阳能光伏发电系统中为了摆放、安装、固定太阳能面板设计的特殊支架，其特点是无焊接、无钻孔、100%可调、100%可重复利用。
现今光伏太阳能边框以6063材质为主，该材质表面质量好但强度相对低，一般壁厚大，造成光伏发电时铝合金型材成本偏高，一定程度上阻碍了光伏发电行业的发展。根据市场需求，急需一种高强度，高表面质量、壁厚薄的光伏太阳能边框。
发明内容
对于现有技术中所存在的问题，本发明提供的一种高性能光伏铝合金边框及其生产工艺，在相同的强度要求下，本方案加工的铝合金板材壁厚能减少50%以上，光伏边框用铝成本降低50%，大大降低了光伏行业产电成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高性能光伏铝合金边框，由以下重量份的组分组成：Si：0.60～0.65％、 Fe：≤0.15％、Cu：≤0.05％、Mn：≤0.05％、Mg：0.50～0.55％、Cr：≤0.05％、Zn：≤0.1％、Ti：≤0.1％、Al：余量。
一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，包括以下步骤：
S1：配料
采用6005合金，按元素的质量百分比为Si：0.60～0.65％、Fe：≤0.15％、Cu：≤0.05％、Mn：≤0.05％、Mg：0.50～0.55％、Cr：≤0.05％、Zn：≤0.1％、Ti：≤0.1％和余量为Al的配方进行配料；
S2：熔铸
依次包括如下工序：装炉、升温、搅拌、测温、第1次扒渣、第1次取样、补料、第1次精炼、第2次精炼、第2次取样、第2次扒渣、出料铸造形成圆柱锭半成品；
S3：挤压
将铝棒放入挤压机，通过模具挤出成型，马上风冷淬火降温；
S4：喷砂
喷枪采用0.15-0.25mm的大粒径金刚砂进行喷射，固定喷砂工艺参数，少量多次添加金刚砂，定期分析砂粒径，保证砂面效果的一致性，保证能去除型材表面的轻微线纹与颗粒，保证优良的表面效果。
S5；氧化
依次包括如下工序：上排、除油、碱蚀、中和、氧化、封孔、下排、检验、包装、入库。
优选的，在熔铸过程中掌握好打渣、精炼剂比例，一般精炼剂按2.5kg/T,打渣剂按1.3kg/T,氮气按10瓶一炉进行精炼和细化，精炼时间约25-30min，静置保温时间控制在25-30min。
优选的，在熔铸过程中熔炼温度在730-740℃之间、精炼温度在740-750℃之间。
优选的，熔铸完成后进行均质化处理，均质温度为560±5℃，保温8小时，保温结束后先风冷一小时降低至300℃然后水冷至室温。
优选的，在上排过程中，卧式线扎线痕每端2.5cm以内，立式线控制在5cm以内。
优选的，在除油过程中，型材置于浓度为160-210g/l的硫酸溶液中1-3min，去除表面油污跟自然氧化膜，除油后水洗，水洗水pH≧4。
优选的，在碱蚀过程中，型材置于浓度为40-60g/l的氢氧化钠溶液中去除型材表面氧化膜及整平表面，铝离子浓度在15-40g/l，碱洗温度在40-50℃，碱洗时间1-4min，碱蚀后水洗，水洗水pH≧4。
优选的，在中和过程中，型材置于浓度为160-200g/l的硫酸与硝酸混合液中2-4min，去除碱洗后黑灰，中和后水洗，水洗水pH≧4。
优选的，在氧化过程中，型材置于电解槽内电解，电解液为浓度150-180g/l的硫酸。电解电压16-18V,电流密度为140A/m2，铝离子浓度为5-15g/l，温度为20±2℃，氧化时间根据膜厚设定,氧化水经水洗跟喷淋水洗，水洗水pH≧6。
优选的，在中温封孔过程中，型材置于Ni2+浓度为1.2-1.8g/L、pH为5.2-6.5的溶液、温度60±5℃中进行封孔，封孔时间根据氧化膜厚制定，一般按照1-1.2un/min,最长不超过22min。
本发明的有益效果表现在：
1、本发明中加工成型的高性能材质铝合金替代传统6063合金，韦氏硬度15Hw以上，力学性能高，在相同的强度要求下，壁厚能减少50%以上，光伏边框用铝成本降低50%，大大降低了光伏行业产电成本；
2、本发明中通过优化合金成分，生产时添加少量的Mg、Si辅料，使铝合金具有较小的淬火敏感性，降低了生产现场型材截面变形的控制难度，提升了型材质量，以满足建筑用铝模板综合性能需求；
3、本发明中挤压时采用在线风冷淬火代替直接水冷，大大降低了生产现场型材截面变形的控制难度，提升了型材质量。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面对本发明作进一步的说明。
一种高性能光伏铝合金边框，由以下重量份的组分组成：Si：0.60～0.65％、 Fe：≤0.25％、Cu：≤0.05％、Mn：≤0.05％、Mg：0.50～0.55％、Cr：≤0.05％、Zn：≤0.05％、Ti：≤0.05％、Al：余量。
一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，包括以下步骤：
S1：配料
采用6005合金，按元素的质量百分比为Si：0.60～0.65％、Fe：≤0.25％、Cu：≤0.05％、Mn：≤0.05％、Mg：0.50～0.55％、Cr：≤0.05％、Zn：≤0.05％、Ti：≤0.05％和余量为Al的配方进行配料；
其中，投入的原材料一定要确保干净，炉料中尽量不要掺杂油污及非铝杂质等，添加废料只允许添加挤压头尾料及压余，不允许添加氧化废料。
S2：熔铸
依次包括如下工序：装炉、升温、搅拌、测温、第1次扒渣、第1次取样、补料、第1次精炼、第2次精炼、第2次取样、第2次扒渣、出料铸造形成圆柱锭半成品；
其中，熔炼和精炼温度严格按照工艺要求进行，熔炼温度在730-740℃之间，精炼温度在740-750℃；排气精炼要力求平稳，浪花高度不能超过15cm，防止产生过多的氧化皮被卷入溶体中，排气、精炼时一般先从四角在向中间汇拢，扒渣要彻底，尽量浅扒，渣扒到炉口要适当停顿一下，可实现渣料中的液态物料与渣料分离；掌握好打渣、精炼剂比例，一般精炼剂按2.5kg/T，打渣剂按1.3kg/T，氮气按10瓶一炉进行精炼和细化，精炼时间约25-30min，静置保温时间控制在25-30min；放水时选择陶瓷过滤板，目数60目为宜，铸造速度60-70mm/min，水温控制在30-45℃，棒头、棒尾锯切长度严格控制好，一般棒头锯掉200mm，棒尾锯掉100mm，每次放完水，一定要把溜槽与分流盘铝皮清干净然后用滑石粉进行涂刷干净后方可进行下一炉；熔铸完成后进行均质化处理，均质温度为560±5℃，保温8小时，保温结束后先风冷一小时降低至300℃然后水冷至室温。
S3：挤压
将铝棒放入挤压机，通过模具挤出成型，马上风冷淬火降温；
其中，铝棒温度470-510℃，模具温度460-490℃，挤压筒温度在390-420℃；型材出料速度在15-20m/min，每20条棒用专用清缸垫进行清缸，每2条棒在出料口晃动型材，将杂质尽可能在交接棒处带出来；刚挤出型材是软的，会弯曲变形，须进行调直，调直温度在50℃以下，拉伸率控制在0.6-1.0%，确保型材几何尺寸符合要求前提下，保证型材残余应力完全释放，调直前后型材间隔10cm，防止型材擦花；锯料时用手压紧型材，防止损伤锯片及造成型材长短不一，锯料后用抹布将型材上的油污擦干净，用压缩空气将铝屑清理后，在传送平台进行弯曲扭拧检验后，将合格型材用自动装框方式装入料框，层与层之间用专用高温垫条、垫管隔开，避免擦划、压伤。
S4：喷砂
喷枪采用0.15-0.25mm的大粒径金刚砂进行喷射，固定喷砂工艺参数，少量多次添加金刚砂，定期分析砂粒径，保证砂面效果的一致性，保证能去除型材表面的轻微线纹与颗粒，保证优良的表面效果。
S5；氧化
采用阳极氧化，依次包括如下工序：上排、除油、碱蚀、中和、氧化、封孔、下排、检验、包装、入库；
其中，上排：卧式线扎线痕每端2.5cm以内，立式线控制在5cm以内。
除油：置于浓度为160-210g/l的硫酸溶液中1-3min，去除表面油污跟自然氧化膜。除油后水洗，水洗水pH≧4。
碱蚀：置于浓度为40-60g/l的氢氧化钠溶液中去除型材表面氧化膜及整平表面，铝离子浓度在15-40g/l，碱洗温度在40-50℃，碱洗时间1-4min。碱蚀后水洗，水洗水pH≧4。
中和：置于浓度为160-200g/l的硫酸与硝酸混合液中2-4min，去除碱洗后黑灰。中和后水洗，水洗水pH≧4。
氧化：置于电解槽内电解，电解液为浓度150-180g/l的硫酸。电解电压16-18V,电流密度为140A/m2，铝离子浓度为5-15g/l，温度为20±2℃。氧化时间根据膜厚设定。氧化水经水洗跟喷淋水洗，水洗水pH≧6。
中温封孔：置于Ni2+浓度为1.2-1.8g/L、pH为5.2-6.5的溶液、温度60±5℃中进行封孔，封孔时间根据氧化膜厚制定，一般按照1-1.2un/min,最长不超过22min。
下排：下排前对管腔存水情况进行检查，有水用压缩空气吹净后下排并注意型材防护。
检验：因太阳能边框表面质量要求非常高，下排后对表面质量逐支检验并用专用检具对槽口尺寸进行检测。
包装：检验合格的型材贴膜过程中要确保装饰面贴膜到位，不允许有气泡存在，不允许贴偏现象。保护膜宽度应与型材保持一致或单边窄1-2mm。保护膜要选择合适黏度，不允许出现飞膜与掉胶现象。根据型材与天气及时与供应商对接，保证保护膜黏度与型材的适宜性。
入库：装车入库及发货装车等各个环节要轻拿轻放，保证型材表面质量合格。
以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，其特征是，包括以下步骤：
S1：配料
按元素的质量百分比为Si：0.60～0.65％、Fe：≤0.15％、Cu：≤0.05％、Mn：≤0.05％、Mg：0.50～0.55％、Cr：≤0.05％、Zn：≤0.1％、Ti：≤0.1％和余量为Al的配方进行配料；
S2：熔铸
依次包括如下工序：装炉、升温、搅拌、测温、第1次扒渣、第1次取样、补料、第1次精炼、第2次精炼、第2次取样、第2次扒渣、出料铸造形成圆柱锭半成品；
S3：挤压
将铝棒放入挤压机，通过模具挤出成型，马上风冷淬火降温；
S4：喷砂
喷枪采用0.15-0.25mm的大粒径金刚砂进行喷射，固定喷砂工艺参数，少量多次添加金刚砂，定期分析砂粒径，保证砂面效果的一致性，保证能去除型材表面的轻微线纹与颗粒，保证优良的表面效果；
S5；氧化
依次包括如下工序：上排、除油、碱蚀、中和、氧化、封孔、下排、检验、包装、入库。
2.根据权利要求1所述的一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，其特征是，在熔铸过程中掌握好打渣、精炼剂比例，一般精炼剂按2.5kg/T，打渣剂按1.3kg/T，氮气按10瓶一炉进行精炼和细化，精炼时间约25-30min，静置保温时间控制在25-30min。
3.根据权利要求1所述的一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，其特征是，在步骤S2过程中熔炼温度在730-740℃之间、精炼温度在740-750℃之间。
4.根据权利要求1所述的一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，其特征是，熔铸完成后进行均质化处理，均质温度为560±5℃，保温8小时，保温结束后先风冷一小时降低至300℃然后水冷至室温。
5.根据权利要求1所述的一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，其特征是，在步骤S5的上排过程中，卧式线扎线痕每端2.5cm以内，立式线控制在5cm以内。
6.根据权利要求1所述的一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，其特征是，在步骤S5的除油过程中，型材置于浓度为160-210g/l的硫酸溶液中1-3min，去除表面油污跟自然氧化膜，除油后水洗，水洗水pH≧4。
7.根据权利要求1所述的一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，其特征是，在步骤S5的碱蚀过程中，型材置于浓度为40-60g/l的氢氧化钠溶液中去除型材表面氧化膜及整平表面，铝离子浓度在15-40g/l，碱洗温度在40-50℃，碱洗时间1-4min，碱蚀后水洗，水洗水pH≧4。
8.根据权利要求1所述的一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，其特征是，在步骤S5的中和过程中，型材置于浓度为160-200g/l的硫酸与硝酸混合液中2-4min，去除碱洗后黑灰，中和后水洗，水洗水pH≧4。
9.根据权利要求1所述的一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，其特征是，在步骤S5的氧化过程中，型材置于电解槽内电解，电解液为浓度150-180g/l的硫酸；电解电压16-18V,电流密度为140A/m2，铝离子浓度为5-15g/l，温度为20±2℃，氧化时间根据膜厚设定；氧化水经水洗跟喷淋水洗，水洗水pH≧6。
10.根据权利要求1所述的一种高性能光伏铝合金边框的加工工艺，其特征是，在步骤S5的中温封孔过程中，型材置于Ni2+浓度为1.2-1.8g/L、pH为5.2-6.5的溶液、温度60±5℃中进行封孔，封孔时间根据氧化膜厚制定，一般按照1-1.2un/min,最长不超过22min。
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