CN114318090B - 一种新能源汽车电机转子铸造铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种新能源汽车电机转子铸造铝合金及其制备方法，属于新能源汽车电机技术领域，包括钛0.05wt％‑0.06wt％、硼0.04wt％‑0.06wt％，硅0.15wt％‑0.5wt％，铁0.01wt％‑0.08wt％，铜0.5wt％‑0.7wt％，镁0.3wt％‑0.5wt％，锌0.01wt％‑0.2wt％，锰0.02wt％‑0.12wt％，其余为铝。通过添加新的元素，调整各元素的比例，在提高铸造铝合金的强度的同时，还能保持优异的电导率。

Description

一种新能源汽车电机转子铸造铝合金及其制备方法
技术领域
本申请涉及一种新能源汽车电机转子铸造铝合金及其制备方法，属于新能源汽车电机技术领域。
背景技术
随着世界能源问题和环境污染问题的加剧，发展新能源汽车逐渐成为现代车企的主流，而新能源汽车中其中的电机转子一般使用纯铝铸造，因为铝导电和导热性能较优异，密度小，符合轻量化的要求。新能源汽车发展迅捷，对电机转子的要求也越来越高，比如铸造铝合金的强度要大、延伸率高，同时又要具备良好的电导率，而对强度等参数的要求更新迭代速度很快，一年甚至半年就要进行技术创新以满足最新标准。
中国专利CN 112853160A-一种电机转子铸造铝合金及其制备方法中，主要通过添加钛硼增加了结晶核心，提升了合金的强度，铁铜镁锌具有固溶强化的效果。但其添加铝钛硼添加剂所制备的铝合金强度、延伸率等参数仍无法满足现在的需求，为尽量减少生产和研发成本，一般都尽量减少工艺调整，但在配方调整中，往往提升了强度却牺牲了延伸率、电导率等参数，各方面性能难以同步提升且都处在良好的范围内。
发明内容
为了解决上述问题，提供了一种新能源汽车电机转子铸造铝合金及其制备方法，通过添加新的元素，调整各元素的比例，在显著提高铸造铝合金的强度的同时，还能保持优异的电导率。
根据本申请的一个方面，提供了一种新能源汽车电机转子铸造铝合金，包括钛0.05wt％-0.06wt％、硼0.04wt％-0.06wt％，硅0.15wt％-0.5wt％，铁0.01wt％-0.08wt％，铜0.5wt％-0.7wt％，镁0.3wt％-0.5wt％，锌0.01wt％-0.2wt％，锰0.02wt％-0.12wt％，其余为铝。
可选地，所述铝合金的抗拉强度为80MPa-95MPa。
可选地，所述铝合金的抗拉强度为85MPa-95MPa。
可选地，所述铝合金的屈服强度为60MPa-80MPa。
可选地，所述铝合金的延伸率为45％-55％。
可选地，所述铝合金的电导率为30MS/m-33MS/m。
可选地，由钛0.05wt％-0.06wt％、硼0.04wt％-0.06wt％，硅0.15wt％-0.5wt％，铁0.01wt％-0.08wt％，铜0.5wt％-0.7wt％，镁0.3wt％-0.5wt％，锌0.01wt％-0.2wt％，锰0.02wt％-0.12wt％，其余为铝组成。
可选地，所述铝为高纯铝，高纯铝为纯度大于99.8％的纯铝。高纯铝中的0.2％的不可避免的杂质不会影响本申请的技术效果。
根据本申请的又一个方面，提供了一种上述电机转子铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)将铝锭熔融，加入各元素组分，搅拌均匀；
(2)转子型腔预热，离心铸造制得电机转子铸造铝合金。
可选地，步骤(1)中的温度为700-760℃，步骤(2)中预热温度为680-720℃。
本申请的有益效果包括但不限于：
1.根据本申请的电机转子铸造铝合金，钛和硼能够增强结晶核心，细化晶粒，但若添加过量的钛和硼则二者形成的第二相会增多，会存在过多的迁移聚焦，从而会明显降低电导率，本申请将钛限定在0.05wt％-0.06wt％，硼限定在0.04wt％-0.06wt％之间，明显提高了钛含量，最终强度得到明显提高，但仍能够保持良好的电导率，是因为本申请在新增了锰元素，限定在0.02wt％-0.12wt％的同时，降低铁元素的含量，限定在0.01wt％-0.08wt％，锰的微合金化能够提高强度，同时改变铁的微观相，使铁由原来的针状形态变为块状，中和铁的有害作用，从而同时提升合金的延伸率和电导率。
2.根据本申请的电机转子铸造铝合金，限定在镁0.3wt％-0.5wt％，明显提升镁元素含量，硅限定在0.15wt％-0.5wt％之间，提升了硅的含量，提高铸造性能和抗腐蚀性能，减少焊接裂纹倾向，还使得一部分的镁起到固溶强化的作用，另一部分镁能够与高含量的硅形成新的异质晶核，形成Mg2Si相，利于结晶细化，进一步提升抗拉强度和屈服强度。
3.根据本申请的电机转子铸造铝合金，还将铜限定在0.5wt％-0.7wt％，明显提升铜含量，增强沉淀强化效果，高含量的铜与铝能够形成更多的θ-CuAl2沉淀强化相，多余的镁和多余的铜也能形成一部分强化更好的S-CuMgAl2沉淀强化相，同时提高各沉淀相的弥散度，消除含锰粗大的脆性相、晶界网状脆性相，减少停放效应，从而提升合金强度。
4.根据本申请的电机转子铸造铝合金，电导率要求达到30MS/m以上即满足需求，但现有厂家对电机转子铝合金的抗拉强度根据不同产品级别，至少需要达到70MPa以上、80MPa及以上，本申请在稍微降低电导率使其仍满足需求的情况下，显著提高了电机转子铝合金的强度等力学性能参数。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买，制备方法采用现有离心铸造和熔炼工艺，其他未公开的参数如搅拌速率等均为现有技术中所使用的参数。
实施例1铝合金1#的制备
铝合金1#的组成为：钛0.05wt％、硼0.05wt％，硅0.2wt％，铁0.05wt％，铜0.6wt％，镁0.4wt％，锌0.1wt％，锰0.08wt％，其余为高纯铝，高纯铝为纯度大于99.8％的纯铝。
制备方法为：(1)在720℃将铝锭熔融，加入各元素组分，搅拌均匀；
(2)转子型腔预热至700℃，采用常规离心铸造工艺制得电机转子铸造铝合金1#。
实施例2铝合金2#的制备
铝合金2#的组成为：钛0.05wt％、硼0.04wt％，硅0.15wt％，铁0.01wt％，铜0.5wt％，镁0.3wt％，锌0.05wt％，锰0.02wt％，其余为高纯铝，高纯铝为纯度大于99.8％的纯铝。
制备方法为：(1)在700℃将铝锭熔融，加入各元素组分，搅拌均匀；
(2)转子型腔预热至680℃，采用常规离心铸造工艺制得电机转子铸造铝合金2#。
实施例3铝合金3#的制备
铝合金3#的组成为：钛0.06wt％、硼0.06wt％，硅0.5wt％，铁0.08wt％，铜0.7wt％，镁0.5wt％，锌0.2wt％，锰0.12wt％，其余为高纯铝，高纯铝为纯度大于99.8％的纯铝。
制备方法为：(1)在760℃将铝锭熔融，加入各元素组分，搅拌均匀；
(2)转子型腔预热至720℃，采用常规离心铸造工艺制得电机转子铸造铝合金3#。
对比例1-6铝合金4#-9#的制备
铝合金4#-9#的制备方法均与铝合金1#相同，组成差异如表1所示。
表1铝合金1#-9#的元素组成(质量分数wt％)
Figure BDA0003364423740000051
实施例4铝合金1#-9#性能表征
将电机转子铝合金1#-9#分别对各自对的端面取样，电导率试样尺寸符合GB/T12966 2008要求并进行电导率测试，力学性能测试试样尺寸标准符合ASTM E8并进行拉伸性能分析，力学性能及电导率测试结果如表2所示。
表2电机转子铝合金1#-9#力学性能及电导率测试结果
Figure BDA0003364423740000052
Figure BDA0003364423740000061
结果表明，采用本申请所限定的元素组分所制备的电机转子铝合金1#-3#具有优异的抗拉强度和屈服强度，抗拉强度最高能达到95MPa，屈服强度最高能达到80MPa，完全满足最新厂家抗拉强度70MPa及以上的需求，同时通过添加限定比例的锰元素，延伸率也有明显提高，电导率仍能满足30MS/m及以上的需求，电导率优异，又限定了铜、镁元素的比例，最终实现牺牲了少量的电导率，使抗拉强度、屈服强度和延伸率得到明显提升，既满足厂家对强度的较高需求，又能保证铝合金电导率优异。
铝合金4#中为现有技术中配方，与本申请的元素种类和比例差异明显，最终结果显示其虽然电导率优异，但强度等力学性能无法满足最新的需求，抗拉强度和屈服强度均较低。铝合金5#中锰的含量低于本申请所限定的范围，最终各项性能均远低于铝合金1#，具体分析为锰量过少，无法消除铁的有害影响；铝合金6#中锰的含量高于本申请所限定的范围，最终延伸率和电导率较好，但强度不够，分析为锰量较多，产生的粗大的脆性相(Mn，Fe)Al6较多，最终影响强度。
铝合金7#中铁含量超出本申请所限定的范围，最终表明其电导率较低，强度等参数也不达标；铝合金8#中镁含量低于本申请所限定的范围，最终表明其强度不够，远低于铝合金1#；铝合金9#中铜含量低于本申请所限定的范围，最终表明其各项参数均不如铝合金1#，分析为铜含量无法生成比较多的沉淀强化相。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新能源汽车电机转子铸造铝合金，其特征在于，组成为钛0.05wt％-0.06wt％、硼0.04wt％-0.06wt％，硅0.15wt％-0.5wt％，铁0.01wt％-0.08wt％，铜0.5wt％-0.7wt％，镁0.3wt％-0.5wt％，锌0.01wt％-0.2wt％，锰0.02wt％-0.12wt％，其余为铝；
所述铝合金的抗拉强度为80MPa-95MPa；所述铝合金的屈服强度为60MPa-80MPa；所述铝合金的延伸率为45％-55％；所述铝合金的电导率为30MS/m-33MS/m。
2.根据权利要求1所述的电机转子铸造铝合金，其特征在于，所述铝合金的抗拉强度为85MPa-95MPa。
3.根据权利要求2所述的电机转子铸造铝合金，其特征在于，所述铝为高纯铝，高纯铝为纯度大于99.8%的纯铝。
4.一种制备权利要求1-3中任一所述电机转子铸造铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铝锭熔融，加入各元素组分，搅拌均匀；
（2）转子型腔预热，离心铸造制得电机转子铸造铝合金。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的温度为700-760℃，步骤（2）中预热温度为680-720℃。
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