CN114134372A - 一种电动汽车热管理用板料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电动汽车热管理用板料及其制备方法。所述板料为非复合料；其中，所述板料的表面晶粒粒径大于中心晶粒粒径。利用铸轧卷表面固溶度大的特点，以及利用金属材料的临界变形量原理，提供一种表面晶粒粒径大于中心晶粒粒径的板料材料。该材料既能满足材料钎焊前的成型，又能防止钎焊过程中的侵蚀。
Description
技术领域
本申请涉及电动汽车热管理技术领域，具体涉及一种电动汽车热管理 用板料及其制备方法。
背景技术
铝合金具有低密度、高热导率、良好的机械性能与耐腐蚀性能等，自 1990年以来逐步取代了铜成为热交换器的主要材料。目前汽车热交换器铝 化率已经达到90％以上，汽车行业成为铝合金复合材料的最大市场；
据计算，汽车制造过程中每减轻1Kg的重量就可以减少20Kg的CO2 排放。因此，在节能减排的驱动下，过去的几十年中铝合金在汽车行业中 的应用得到了飞速的发展，每制造一台汽车所用的铝合金由1960年的20kg 发展为2010年的160Kg，到2015年已经发展至250～340Kg。
铝合金在新能源汽车行业中的重要应用，也得到了飞速的发展；钎焊 技术以其操作简化，生产效率高等一系列独特的优点与潜在的应用前景， 在世界范围内迅速发展；
作为铝合金板料材料使用量比较大，需要钎焊前有良好的成型性，钎 焊过程中有良好的耐侵蚀性；钎焊前材料需要有良好的成型性，延伸率要 求比较高，材料需要细小的晶粒组织；晶粒细小，晶界较多，为钎焊中焊 料侵蚀提供了更多的通道，容易形成爬料(焊料过程中钎料侵蚀)缺陷；
目前比较流行方式为做成三层复合材料，为了满足钎焊前的成型性， 控制芯材晶粒比较小，两侧覆盖一层表面晶粒比较大的合金，表面大晶粒 减少钎焊时焊料侵蚀通道，降低爬料缺陷，但是该方法由于需要使用复合 材料，成本较高。
发明内容
为了解决本领域存在的上述不足，本申请提供一种电动汽车热管理用 板料及其制备方法。
根据本申请的一个方面，提供一种电动汽车热管理用板料，所述板料 为非复合料；其中，所述板料的表面晶粒粒径大于中心晶粒粒径。
根据本申请的一些实施例，所述板料为含Mn材料。
根据本申请的一些实施例，所述板料Mn含量为0.3-2.0wt％。
根据本申请的另一方面，提供一种电动汽车热管理用板料的制备方法， 包括：
合金熔炼：按一定元素配比熔炼，经纯铝锭熔化、调整成分、电磁搅 拌、扒渣、除气、精炼；
连续铸轧：熔体铸造和轧制同时进行，进行连续铸轧，得铸轧卷；
冷轧：将铸轧卷多道次冷轧至0.8-10mm厚打卷；
中间退火：将铸轧卷在加热炉中进行完全再结晶退火，获得完全再结 晶的O态带卷；
确定临界变形量：取中间退火后的O态样，实验室进行检查，分析该 合金的临界变形量；
小压下量加工：将退火后O态带卷进行临界变形量3-20％的小压下量 加工；
成品退火：将小压下量加工的合金再次进行完全退火，得到非复合板 料材料。
根据本申请的一些实施例，所述调整成分为调整Mn的含量0.3-2.0 wt％。
根据本申请的一些实施例，所述非复合板料材料表面晶粒粒径大于中 心晶粒粒径。
根据本申请的一些实施例，所述中间退火温度为340℃-500℃，保温时 间1-10h。
根据本申请的一些实施例，所述成品退火温度为340-500℃，保温时间 1-10h。
根据本申请的一些实施例，所述结晶后的O态样的临界变形量为 3-20％。
本申请提供一种电动汽车热管理用板料，利用铸轧卷表面固溶度大的 特点，以及利用金属材料的临界变形量原理，提供一种表面晶粒粒径大于 中心晶粒粒径的板料材料。该材料既能满足材料钎焊前的成型，又能防止 钎焊过程中的侵蚀。
本申请提供一种电动汽车热管理用板料，所述板料为非复合料，代替 复合料的生产工艺，去除了复合工序，避免了复合工序产生的气泡、起皮 等缺陷。
本申请提供一种电动汽车热管理用板料的制备方法，该方法制备的非 复合料板料，能够代替复合料的生产工艺，去除了复合工序，缩短了加工 工艺流程，节约了生产成本和时间成本，同时，还能避免复合工序产生的 气泡、起皮等缺陷。
本申请的电动汽车热管理用板料的制备方法，使用铸轧卷进行生产， 节约了扁铸锭的浇铸、铣面、锯切等生产工序，提高材料成材率，缩短了 加工工艺流程，节约了生产成本和时间成本。
附图说明
图1为本申请示例实施例的板料沿厚度方向横截面晶粒图；
图2为本申请示例实施例的板料表面晶粒图；
图3为本申请示例实施例的板料中心位置晶粒图；
图4为本申请对比例的复合料结构示意图；
图5为本申请对比例的复合料横截面晶粒图；
图6为本申请示例实施例的板料钎焊后状态图。
具体实施方式
如前所述背景技术，目前作为厚板料的板料材料晶粒细小，晶界较多， 为钎焊中焊料侵蚀提供了更多的通道，容易形成爬料(焊料过程中钎料侵 蚀)缺陷；若将其做成三层复合材料,表面皮材使用大晶粒合金，中间芯材 使用小晶粒合金，可降低爬料缺陷，但是该方法由于需要使用复合材料， 成本较高。针对上述问题，本申请提供一种电动汽车热管理用板料及其制 备方法。
下面将结合本申请实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前 提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
特别需要指出的是，针对本申请所做出的类似的替换和改动对本领域 技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本申请。相关人员明显 能在不脱离本申请内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动 或适当变更与组合，来实现和应用本申请技术。显然，所描述的实施例仅 仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请如未注明具体条件者，均按照常规条件或制造商建议的条件进 行，所用原料药或辅料，以及所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可 以通过市购获得的常规产品。
根据本申请的技术构思，提供一种电动汽车热管理用板料及其制备方 法。
本申请主要应用铸轧卷的特征进行开发，铸轧卷由于生产特性，表面 有一层急冷层(快速冷却层)，该急冷层由于快速冷却，大量溶质来不及析 出固溶在晶粒中。轧制后由于再结晶温度低于固溶析出温度，进行再结晶 退火时，表面急冷层绝大多数溶质仍然固溶在铝基体内，晶界处形成的第 二相少，再结晶时形核质点少，钉扎作用对晶界扩展的束缚少，晶界移动 阻力较小，晶粒很容易长大；再结晶退火后表面急冷层晶粒出现异常长大 趋势；随着沿厚度方向深入的增加，冷却速率降低，固溶度降低，第二相 增加，再结晶时形核质点增加，并且第二相阻碍晶界的移动，晶粒长大受 阻，晶粒沿厚度方向逐步细化；这就出现表面晶粒粗大，芯部位置晶粒细 小的现象，从而得到表面晶粒粗大，芯材位置晶粒细小的材料。
金属材料由于其自身特性，具有临时变形量，随着变形程度的增加， 再结晶晶粒是先增加再降低，在10％左右变形量时，再结晶后晶粒最大； 利用该原理，对原材料表面进行接近临界变形量的小压下量，此压下量导 致变形区主要在厚度方向表面区域，变形区未深入到铸轧卷厚度方向中心 位置；进行在结晶退火时，表面变形区由于变形量接近临界变形量，表面 晶粒粗大，进而得到表面晶粒粗大，芯材位置晶粒细小的材料。
利用上述两个原理，本申请开发一种板料材料及其生产工艺，使用该 方法生产的板料材料，使用铸轧卷进行生产，无需使用复合料，就能得到 表面晶粒粗大，内部晶粒细小的板料，满足钎焊前后的使用要求，这大大 降低生产成本。
本申请的板料材料为含Mn非复合材料，其中Mn含量为0.3-2.0wt％。 本领域技术人员可根据需求和用途对其他元素成分进行调整。
下面结合具体实施例对本申请进行详细说明。
实施例1
选取生产批次号为20406351的O态3003铝合金卷：该合金Si： 0.6wt％，Fe：0.7wt％，Cu：0.05wt％，Mn：1.5wt％，其余为Al和小于 0.15wt％的不可避免杂质。
1)合金熔炼：按3003元素配比熔炼，经纯铝锭熔化、调整成分、 电磁搅拌、扒渣、除气、精炼；
2)连续铸轧：熔体铸造和轧制同时进行，进行连续铸轧，得到 一定规格的铸轧卷。
3)冷轧：将铸轧卷多道次冷轧至1.11mm厚打卷；
4)中间退火：将铸轧卷在加热炉中进行完全再结晶退火，退火 温度在500℃，保温时间为2h，获得完全再结晶的O态带卷；
5)取完全再结晶后的O态样，实验室进行检查，分析出该合金 的临界变形量10％；
6)小压下量加工：将步骤5得到的退火后O态带卷进行临界变 形量的小压下量加工；得到厚度为1.0mm的成品料
7)成品退火：进行小压下量加工的合金再次进行完全退火，退 火温度500℃，保温2h。
沿厚度方向横截面晶粒如下图1所示：表面明显有粗晶层，中心位 置晶粒相对细小；
图2为样件表面晶粒，明显表面晶粒粗大，晶粒为979μm；
图3为中心位置晶粒，晶粒为339μm。
实施例2
选取生产批次号为20406361O态3003MOD铝合金卷：该合金Si： 0.6wt％，Fe：0.7wt％，Cu：0.5wt％，Mn：1.5wt％，其余为Al和小于 0.15wt％的不可避免杂质。
1)合金熔炼：按3003MOD元素配比熔炼，经纯铝锭熔化、调整 成分、电磁搅拌、扒渣、除气、精炼；
2)连续铸轧：熔体铸造和轧制同时进行，进行连续铸轧，得到 一定规格的铸轧卷。
3)冷轧：将铸轧卷多道次冷轧至5mm厚打卷；
4)中间退火：将铸轧卷在加热炉中进行完全再结晶退火，退火 温度在340℃，保温时间为10h，获得完全再结晶的O态带卷；
5)取完全再结晶后的O态样，实验室进行检查，分析出该合金 的临界变形量20％；
6)小压下量加工：将步骤5得到的退火后O态带卷进行临界变 形量的小压下量加工；得到厚度为4mm的成品料
7)成品退火：进行小压下量加工的合金再次进行完全退火，退 火温度340℃，保温10h。
实施例3
选取生产批次号为204063773的O态3003MOD铝合金卷：该合金 Si：0.6wt％，Fe：0.7wt％，Cu：0.3wt％，Mn：1.0wt％，Mg：0.3wt％ 其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。
1)合金熔炼：按3003MOD元素配比熔炼，经纯铝锭熔化、调整 成分、电磁搅拌、扒渣、除气、精炼；
2)连续铸轧：熔体铸造和轧制同时进行，进行连续铸轧，得到 一定规格的铸轧卷。
3)冷轧：将铸轧卷多道次冷轧至3.53mm厚打卷；
4)中间退火：将铸轧卷在加热炉中进行完全再结晶退火，退火 温度在400℃，保温时间为5h，获得完全再结晶的O态带卷；
5)取完全再结晶后的O态样，实验室进行检查，分析出该合金 的临界变形量15％；
6)小压下量加工：将步骤5得到的退火后O态带卷进行临界变 形量的小压下量加工；得到厚度为3mm的成品料
7)成品退火：进行小压下量加工的合金再次进行完全退火，退 火温度400℃，保温5h。
对比例1
生产芯材为3003MOD，皮材为3003的复合铝合金卷：
该皮材合金Si：0.08～0.6wt％，Fe：0.08～0.7wt％，Cu：0.05～0.2wt％， Mn：1.0～1.5wt％，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。
芯材为3003MOD Si：0.08～0.9wt％，Fe：0.1～0.7wt％，Cu：0.05～1.0wt％， Mn：0.5～1.8wt％，Zr：0.050～0.4wt％，其余为Al和小于0.15wt％的不可避 免杂质。
1)芯材/皮材熔炼铸造：按一定元素配比熔炼，经纯铝锭熔化、电磁 搅拌、扒渣、除气、精炼、半连续浇铸，得到一定规格的扁铸锭。
2)芯材/皮材锯切铣面：按照规格要求将所述铸锭进行锯切，头尾各 切除100-200mm；铣面，上下面铣面量为5-15mm，两侧小面铣面量0-10mm；
3)复合：将准备好的皮材和芯材进行复合，如图4所示
4)热轧：对复合后的合金铸锭进行预热，预热温度在450℃～550℃ 之间，保温时间2～10h；然后将预热后的铸锭热轧至厚度5～10mm，获得热 轧板带；
5)冷轧：将热轧料多道次冷轧至0.2-1.0厚打卷；
6)退火：将冷轧卷在氮气保护加热炉中退火,对冷轧带箔进行完全 再结晶退火，退火温度在340℃～500℃之间，保温时间1～10h，获得O态带 箔。
图5所示通过复合方式得到表面晶粒大，中心晶粒小的复合料。
对比例2
生产芯材为3003MOD，皮材为3003的复合铝合金卷：
该皮材合金Si：0.08～0.6wt％，Fe：0.08～0.7wt％，Cu：0.05～0.2wt％， Mn：1.0～1.5wt％，,其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。
芯材为3003MOD Si：0.08～0.9wt％，Fe：0.1～0.7wt％，Cu：0.05～1.0wt％， Mn：0.5～1.8wt％，Zr：0.050～0.4wt％，Mg：0.05-0.7wt％其余为Al和小于 0.15wt％的不可避免杂质。
1)芯材/皮材熔炼铸造：按一定元素配比熔炼，经纯铝锭熔化、电磁 搅拌、扒渣、除气、精炼、半连续浇铸，得到一定规格的扁铸锭。
2)芯材/皮材锯切铣面：按照规格要求将所述铸锭进行锯切，头尾各 切除100-200mm；铣面，上下面铣面量为5-15mm，两侧小面铣面量0-10mm；
3)复合：将准备好的皮材和芯材进行复合，如图4所示
4)热轧：对复合后的合金铸锭进行预热，预热温度在450℃～550℃ 之间，保温时间2～10h；然后将预热后的铸锭热轧至厚度5～10mm，获得热 轧板带；
5)冷轧：将热轧料多道次冷轧至1.0-2.0厚打卷；
6)退火：将冷轧卷在氮气保护加热炉中退火,对冷轧带箔进行完全 再结晶退火，退火温度在340℃～500℃之间，保温时间1～10h，获得O态带 箔。
试验例
上述实施例1-3板料材料与对比例1-2复合材料的性能测试。
| 示例 | 冲压过程是否开裂 | 钎焊后是否有侵蚀 |
| 实施例1 | 否 | 否 |
| 实施例2 | 否 | 否 |
| 实施例3 | 否 | 否 |
| 对比例1 | 否 | 否 |
| 对比例2 | 否 | 否 |
图6为本申请的电动汽车热管理用板材的钎焊后状态图。
根据上表实验数据及附图可知，本申请的非复合板料材料，其钎焊性 能与对比例中的复合材料基本相同，既能满足材料钎焊前的成型，又能防 止钎焊过程中的侵蚀。本申请的非复合材料还能避免复合工序产生的气泡、 起皮等缺陷。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应 当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前 提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申 请权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种电动汽车热管理用板料，其特征在于，所述板料为非复合料；
其中，所述板料的表面晶粒粒径大于中心晶粒粒径。
2.根据权利要求1所述的板料，其特征在于，所述板料为含Mn材料。
3.根据权利要求1所述的板料，其特征在于，所述板料的Mn含量为0.3-2.0wt％。
4.一种电动汽车热管理用板料的制备方法，其特征在于，包括：
合金熔炼：按一定元素配比熔炼，经纯铝锭熔化、调整成分、电磁搅拌、扒渣、除气、精炼；
连续铸轧：熔体铸造和轧制同时进行，进行连续铸轧，得铸轧卷；
冷轧：将铸轧卷多道次冷轧至0.8-10mm厚打卷；
中间退火：将铸轧卷在加热炉中进行完全再结晶退火，获得完全再结晶的O态带卷；
确定临界变形量：取中间退火后的O态样，实验室进行检查，分析该合金的临界变形量；
小压下量加工：将退火后O态带卷进行临界变形量3-20％的小压下量加工；
成品退火：将小压下量加工的合金再次进行完全退火，得到非复合板料材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述调整成分为调整Mn的含量0.3-2.0wt％。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述非复合板料材料表面晶粒粒径大于中心晶粒粒径。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述中间退火温度为340℃-500℃，保温时间1-10h。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述成品退火温度为340-500℃，保温时间1-10h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述结晶后的O态样的临界变形量为3-20％。
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| CN202111373632.9A CN114134372B (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 一种电动汽车热管理用板料及其制备方法 |
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2021
- 2021-11-19 CN CN202111373632.9A patent/CN114134372B/zh active Active
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