CN114318078A

CN114318078A - 一种刀片电池铝合金箱体材料及其制备工艺

Info

Publication number: CN114318078A
Application number: CN202111633154.0A
Authority: CN
Inventors: 陶诚; 兰小英; 郭勇
Original assignee: Guangdong Minglida Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Minglida Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种刀片电池铝合金箱体材料及其制备工艺，由以下质量百分比的元素组成：0.39‑0.42％Si、0.1‑0.18％Fe、0.001‑0.1％Cu、0.001‑0.1％Mn、0.37‑0.39％Mg、0.05％Cr、0.001‑0.15％Zn、0.001‑0.1％Ti和小于0.15％的杂质元素，其余为Al。本发明还涉及一种刀片电池铝合金箱体制备工艺，能生产出材料物理性能合理，符合刀片电池箱体需要的铝合金箱体。

Description

一种刀片电池铝合金箱体材料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及电池箱体技术领域，尤其涉及一种刀片电池铝合金箱体材料及其制备工艺。

背景技术

目前，现有的刀片电池包括三系铝合金的中空箱段，中空箱段的两端均为焊接有与中空箱段同材质的箱板，其中刀片电池安装在中空箱段中间。

现有技术中，中空箱段和箱板的材质均为3003铝合金，且均为冷轧成型。箱板焊接于中空箱段上时，焊接区域容易出现明显的气孔，焊接区域的气密性较差且强度较低，难以满足刀片电池的安装需求。

鉴于此，需要设计一种刀片电池铝合金箱体材料及其制备工艺，以制备出新兴的中空箱段，提升中空箱段和三系铝合金箱板之间焊接区域强度和气密性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刀片电池铝合金箱体材料及其制备工艺，以制备出新兴的中空箱段，提升中空箱段和三系铝合金箱板之间焊接区域强度和气密性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种刀片电池铝合金箱体材料，由以下质量百分比的元素组成：0.39-0.42％Si、0.1-0.18％Fe、0.001-0.1％Cu、0.001-0.1％Mn、0.37-0.39％Mg、0.05％Cr、0.001-0.15％Zn、0.001-0.1％Ti和小于0.15％的杂质元素，其余为Al。

可选地，所述杂质元素包括若干种金属元素，杂质元素中的每种金属元素的含量不大于0.05％。

一种刀片电池铝合金箱体制备工艺，包括如下步骤：

S01、配备炉料并熔化所述炉料，按照元素百分比配备Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al，将配备的各元素投入熔炉中加热熔化，并搅拌均匀；

S02、待所述熔炉中所述炉料完全熔化后浇铸生产以形成铸棒；

S03、挤压成型，对所述铸棒进行加热，加热梯度为15℃/min，直至将所述铸棒加热至490-500℃；对挤压模具进行预热，将挤压模具加热至495-505℃，并保温3-5h；将完成加热的所述铸棒在完成预热的所述挤压模具上挤压成型为中空矩形管，挤压速度为5-6m/min；

S04、在线淬火，对所述中空矩形管进行风冷淬火，使所述中空矩形管在1min内降至200℃以下；

S05、拉伸矫直，对降温至200℃以下的所述中空矩形管进行拉伸矫直，拉伸矫直过程中的拉伸率为0.6-1.0％；

S06、人工时效处理，对完成拉伸矫直的所述中空矩形管加温至200±5℃，并保温3h，然后风冷至室温；

S07、锯切，锯切风冷至室温后的所述中空矩形管，获得设定长度的中空的铝合金箱体。

可选地，所述按照元素百分比配备Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al，并将配备的各元素投入熔炉中加热熔化，具体为：

S011、投入铝铸锭，熔化温度为740-760℃，加热熔化所述铝铸锭；

S012在所述铝铸锭熔化后，按元素比例加入Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti等元素，并搅拌均匀。

可选地，所述待熔炉中炉料完全熔化后浇铸生产形成铸棒，具体为：

S021、加热熔化所述熔炉中的所有金属，形成熔液；

S021、二次搅拌，搅拌熔液以使各元素均匀分布；

S021、除气及扒渣，输入氮气去除熔液中氢气，并扒渣处理；

S021、精炼，在熔液中加入精炼剂以细化晶粒，精炼温度为740-750℃，精炼完成后静置12-20分钟；

S021、浇铸，打开熔炉放料口，将合金熔液导出，合金熔液经过滤器流入结晶器进行浇铸成型。

可选地，所述获得设定长度的中空的铝合金箱体，之后还包括：

S08、将三系铝合金箱板焊接于所述铝合金箱体的一端，以使所述三系铝合金箱板遮蔽所述铝合金箱体的一端，以形成开口箱体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种刀片电池铝合金箱体材料配方，采用该刀片电池铝合金箱体材料生产出的中空箱段，硬度为HV40-50，抗拉强度大于150Mpa；屈服强度大于125Mpa，且与3003铝板焊接后，焊接区域无明显气孔，气密性良好，焊接区域的抗拉强度为大于135Mpa，各项力学性能参数均比现有的冷轧成型的3003的铝合金箱体的焊接效果更佳。

本发明还提供了一种刀片电池铝合金箱体制备工艺，通过合理优化挤压成型工艺参数，对模具和铸棒进行预热处理，对挤压成型的中空矩形管进行风冷淬火，通过优化拉伸矫直的参数和进行人工时效处理，获得的合金组织均匀，力学性能适合刀片电池的铝合金挤压箱体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的刀片电池铝合金箱体制备工艺流程示意图；

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

现有技术中，刀片电池铝合金箱体采用冷轧轧铝合金板材制作，在轧铝合金板材冲压成型后将相邻的轧铝合金板材之间的缝隙焊接起来，这导致了焊缝较长容易漏气，难以确保大批量生产时，所有的焊接处气密性达到要求。

实施例一

一种刀片电池铝合金箱体制备工艺，包括如下步骤：

S01、配备炉料并熔化所述炉料，按照元素百分比配备Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al；并使元素质量百分比为0.39％Si、0.1％Fe、0.1％Cu、0.1％Mn、0.37％Mg、0.05％Cr、0.15％Zn、0.1％Ti，以及不可避免的小于0.15％的杂质元素，其余为Al，并将配备的各元素清洁干燥后投入熔炉中熔炼，熔炼温度为750℃；

S021、加热熔化所述熔炉中的所有金属，形成熔液；

S022、二次搅拌，搅拌熔液以使各元素均匀分布；

S023、除气及扒渣，输入氮气去除熔液中氢气，并扒渣处理；

S024、精炼，在熔液中加入精炼剂以细化晶粒，精炼温度为740-750℃，精炼完成后静置12-20分钟；

S025、浇铸，打开熔炉放料口，将合金熔液导出，合金熔液经过滤器流入结晶器进行浇铸成型。其中，结晶器上设置有冷却流道，以进行降温，确保结晶器温度不过高或者过低。

S04、在线淬火，对所述中空矩形管进行风冷淬火，使所述中空矩形管在1min内降至200℃以下；风冷淬火能有效细化晶粒，获得所需的合金组织。

值得说明的是，本实施例中采用了挤压成型技术，无需再对铝合金板之间的长缝隙进行焊接，降低了箱体漏气的概率，且通过优化配方，使箱体的强度、硬度均有明显提升。

值得说明的是，3003铝合金材质的箱体，需要经过冷处理提升硬度和强度，但冷处理生产效率低，成本高。本实施例的生产工艺则规避了上述缺陷，提升了生产效率，降低了生产成本。

实施例二

一种刀片电池铝合金箱体制备工艺，包括如下步骤：

S01、配备炉料并熔化所述炉料，按照元素百分比配备Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al；并使元素质量百分比为0.40％Si、0.15％Fe、0.1％Cu、0.1％Mn、0.38％Mg、0.05％Cr、0.15％Zn、0.1％Ti，以及不可避免的小于0.15％的杂质元素，其余为Al，并将配备的各元素清洁干燥后投入熔炉中熔炼，熔炼温度为750℃；

S021、加热熔化所述熔炉中的所有金属，形成熔液；

S021、二次搅拌，搅拌熔液以使各元素均匀分布；

S021、除气及扒渣，输入氮气去除熔液中氢气，并扒渣处理；

S07、锯切，锯切风冷至室温后的所述中空矩形管，获得设定长度的中空的铝合金箱体。具体地，本实施例中的铝合金箱体的长度为1018.7±0.2mm。

实施例三

一种刀片电池铝合金箱体制备工艺，包括如下步骤：

S012在所述铝铸锭熔化后，按元素比例加入Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti等元素，其中，元素质量百分比为0.42％Si、0.18％Fe、0.1％Cu、0.1％Mn、0.37％Mg、0.05％Cr、0.15％Zn、0.1％Ti，以及不可避免的小于0.15％的杂质元素，其余为Al，并搅拌均匀熔液。

S02、浇铸，待所述熔炉中所述炉料完全熔化后浇铸生产以形成铸棒；

实施例1-3制备的一种刀片电池铝合金箱体进行屈服强度、焊接气孔和抗拉强度的测试，以及对实施例中材料和3003铝合金焊接处屈服强度、焊接气孔进行检测。同时，选取冷轧成型的3003铝合金箱体和冷轧成型的3003合金箱盖进行焊接，以作为对比例。在测试时，确保实施例1-3、对比例选取的部位相同、厚度一致；得到以下性能表。

通过上述表格可见，本实施例1-3制备的刀片电池铝合金箱体，其各项性能相对于现有的3003铝合金电池箱体均有显著的提升高，能达到新能源汽车中的刀片电池箱体的要求。

需要说明的是，

需要说明的是，测试中的焊接方法为市场中常见的激光焊接。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种刀片电池铝合金箱体材料，其特征在于，由以下质量百分比的元素组成：0.39-0.42％Si、0.1-0.18％Fe、0.001-0.1％Cu、0.001-0.1％Mn、0.37-0.39％Mg、0.05％Cr、0.001-0.15％Zn、0.001-0.1％Ti和小于0.15％的杂质元素，其余为Al。

2.根据权利要求1所述的刀片电池铝合金箱体材料，其特征在于，所述杂质元素包括若干种金属元素，杂质元素中的每种金属元素的含量不大于0.05％。

3.采用权利要求1所述刀片电池铝合金箱体材料的一种刀片电池铝合金箱体制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

配备炉料并熔化所述炉料，按照元素百分比配备Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al的炉料，将配备的各元素投入熔炉中加热熔化，并搅拌均匀；

待所述熔炉中所述炉料完全熔化后浇铸生产以形成铸棒；

挤压成型，对所述铸棒进行加热，加热梯度为15℃/min，直至将所述铸棒加热至490-500℃；对挤压模具进行预热，将挤压模具加热至495-505℃，并保温3-5h；将完成加热的所述铸棒在完成预热的所述挤压模具上挤压成型为中空矩形管，挤压速度为5-6m/min；

在线淬火，对所述中空矩形管进行风冷淬火，使所述中空矩形管在1min内降至200℃以下；

拉伸矫直，对降温至200℃以下的所述中空矩形管进行拉伸矫直，拉伸矫直过程中的拉伸率为0.6-1.0％；

人工时效处理，对完成拉伸矫直的所述中空矩形管加温至200±5℃，并保温3h，然后风冷至室温；

锯切，锯切风冷至室温后的所述中空矩形管，获得设定长度的中空的铝合金箱体。

4.根据权利要求3所述的刀片电池铝合金箱体制备工艺，其特征在于，所述按照元素百分比配备Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al，并将配备的各元素投入熔炉中加热熔化，具体为：

投入铝铸锭，熔化温度为740-760℃，加热熔化所述铝铸锭；

在所述铝铸锭熔化后，按元素比例加入Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti等元素，并搅拌均匀。

5.根据权利3所述的刀片电池铝合金箱体制备工艺，其特征在于，所述待熔炉中炉料完全熔化后浇铸生产形成铸棒，具体为：

加热熔化所述熔炉中的所有金属，形成熔液；

二次搅拌，搅拌熔液以使各元素均匀分布；

除气及扒渣，输入氮气去除熔液中氢气，并扒渣处理；

精炼，在熔液中加入精炼剂以细化晶粒，精炼温度为740-750℃，精炼完成后静置12-20分钟；

浇铸，打开熔炉放料口，将合金熔液导出，合金熔液经过滤器流入结晶器进行浇铸成型。

6.根据权利3所述的刀片电池铝合金箱体制备工艺，其特征在于，所述获得设定长度的中空的铝合金箱体，之后还包括：

将三系铝合金箱板焊接于所述铝合金箱体的一端，以使所述三系铝合金箱板遮蔽所述铝合金箱体的一端，以形成开口箱体。