CN115896561A - 一种汽车用压铸铝电池托盘及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车铝合金部件生产技术领域，具体涉及一种汽车用压铸铝电池托盘及其生产工艺，以再生铝锭为原料，通过加入各种中间合金调整铝合金的成分及质量分数如下：Si10.0％～12.5％，Fe 0.8％～1.2％，Mg 0.5％～0.8％，Mn 0.2％～0.4％，Cu 0.05％～0.15％，Zn0.05％～0.1％，Ti 0.04％～0.11％，Sb 0.1％～0.3％，其余杂质元素总和≤0.15％，余量为Al，并添加A1‑Ti‑C细化剂和铝锑合金变质剂，提高熔体的流动性，减少铝合金中的脆相和粗大相，细化晶粒，从而得到机械性能良好、延伸率高的汽车用压铸铝电池托盘，无裂纹和硬点，耐腐蚀性强，抗撞击能力强。
Description
技术领域
本发明涉及汽车铝合金部件生产技术领域，具体涉及一种汽车用压铸铝电池托盘及其生产工艺。
背景技术
低碳化是汽车产业长期关注的关键技术方向，电动汽车逐渐成为汽车产业的主流产品，轻量化、低成本是电动汽车发展的重要方向。电动汽车的动力来源为电池包，电池包占整车重量的25％左右，电池包壳体占电池包重量约15％左右，因此电池包减重很有必要。
电池托盘是电池包的关键部件，目前电动汽车的电池托盘类型主要包括钢制电池托盘和铝合金电池托盘。由于钢制电池托盘的重量较大，铝合金电池托盘逐渐成为电池托盘的首选。铝合金电池托盘又分为压铸铝电池托盘和挤压铝电池托盘。挤压铝电池托盘通过型材的拼接及加工来满足不同的需求，具有高刚性、抗震动、挤压及冲击等性能，但是制造工序并比较多，焊接工艺复杂，容易出现焊接变形、焊接密封不严等问题。而压铸铝电池托盘是采用整体一次成型，其具有灵活的设计样式，托盘成型后不需要进行进一步的焊接工序，兼具工序简单和综合力学性能较高的优点。
再生铝是指至少经过一次熔铸或加工并经回收和处理所获得的金属铝，再生铝的存在形式一般为铝合金。目前，60％以上的汽车用铝合金材料为再生铝，回收生产1t铝合金要比重新生产1t铝合金少耗能95％，铝的损耗也仅5％左右，采用铝所节省的能量是生产该零件所用原铝耗能的6～12倍。再生铝合金主要用于生产铸造铝合金产品和压铸铝合金产品，再生铝受限于废铝原材料成分复杂的影响，延展性较差。使用再生铝生产压铸铝电池托盘的过程中，由于杂质元素的存在，易出现裂纹、硬点等缺陷，而且铸件的延伸率较低、耐腐蚀性差，导致汽车碰撞后电池托盘易变形裂断的问题。
发明内容
针对再生铝生产压铸电池托盘铸件易出现裂纹、硬点，延伸率低，耐腐蚀性差的问题，本发明提供一种汽车用压铸铝电池托盘及其制备工艺。
第一方面，本发明提供一种汽车用压铸铝电池托盘，以质量分数计，包括以下组分：Si10.0％～12.5％，Fe 0.8％～1.2％，Mg 0.5％～0.8％，Mn 0.2％～0.4％，Cu 0.05％～0.15％，Zn0.05％～0.1％，Ti 0.04％～0.11％，Sb 0.1％～0.3％，其余杂质元素总和≤0.15％，余量为Al。
第二方面，本发明提供一种上述汽车用压铸铝电池托盘的生产工艺，包括以下步骤：
(1)将再生铝锭投入熔化炉中，加热至750～800℃熔炼，取样分析熔体成分；
(2)加入中间合金调整熔体组分，继续熔炼；
(3)充分搅拌，加入精炼剂，在820～860℃下进行精炼；
(4)降温至730～750℃，加入细化剂和变质剂，低速搅拌，静置后扒渣；
(5)对熔体进行成分分析，合格的熔体使用铸造成型设备进行压铸，得到汽车用压铸铝电池托盘。
铝硅合金具有良好的压铸性能，Si作为主要成分，提高Si的含量可以显著改善熔体的流动性，同时可以大大降低凝固收缩量，减少缩孔问题，随着Si含量的增加，抗拉强度及硬度也会增加，因此将Si含量调整至10.0％～12.5％。
在铝硅合金中，出现裂痕的原因一般是有害杂质的含量过高，如Fe、Mg、Cu、Zn过高，降低了合金的可塑性和延展率。
杂质Fe会以针状FeAl3的有害物析出，但是少量的Fe会增加铝合金的强度和硬度，帮助提升高温强度以免铸件热裂，并且可以防止金属模具粘着，因此，将Fe含量控制在0.8％～1.2％。铝合金中含有少量的Zn，Fe固溶于Zn，可以减少Fe的有害影响。
Mn能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，达到细化晶粒的效果，同时能溶解杂质Fe，形成(Fe，Mn)Al6从而减小Fe的有害影响。当Mn过量时，会有AL-Si-Fe-Mn的四元化合物生成，导致铸件上出现硬点，因此将Mn含量控制在0.2％～0.4％。
Mg含量增加可以提高铝合金的强度、硬度、刚性和耐腐蚀性，但是会降低铝合金的流动性，Mg与Si形成Mg2Si相会使铸件变脆，易出现裂纹。
Cu有一定的固溶强化作用，可以提高熔体的流动性，增强铸件机械性能和切削性，但是耐腐蚀性会降低，因此将Cu含量控制在0.05％～0.15％。
进一步的，步骤(2)中，提前将各种中间合金预热至200℃，保温1～2h。
进一步的，步骤(4)中，细化剂为A1-Ti-C细化剂，加入量为熔体总质量的0.1％～0.2％。加入A1-Ti-C细化剂后，生成TiC，直接作为Al的结晶核心，成为异质形核，初生的Al3Fe相成较大的粗大板条状、Si相则为块状和片状的脆性相，大量的α-Al作为非均质形核质点而析出，从而改变初生的Al3Fe相及Si相的形态，达到细化晶粒的效果。
进一步的，步骤(4)中，变质剂为铝锑合金，加入量为熔体总质量的1％～1.5％。锑是长效变质剂，变质寿命约100h，在压制过程中，Sb可以将初生的Mg2Si相由粗大的枝晶状变成细小的多边形状，共晶Mg2Si的形貌由粗大的汉字状变成针状、团絮状、短杆状、蠕虫状和颗粒状，从而改善熔体的流动性和机械加工性，降低脆性，避免出现裂纹。
进一步的，步骤(4)中，搅拌速度为10～20rpm。
进一步的，步骤(4)中，在熔体中吹入惰性气体，进行除气除渣。
进一步的，惰性气体为氩气或者氦气。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的汽车用压铸铝电池托盘及其制备工艺，以再生铝锭为原料，通过加入各种中间合金调整铝合金的成分及含量，并添加A1-Ti-C细化剂和铝锑合金变质剂，提高熔体的流动性，减少铝合金中的脆相和粗大相，细化晶粒，从而得到机械性能良好、延伸率高的汽车用压铸铝电池托盘，无裂纹和硬点，耐腐蚀性强，抗撞击能力强。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下列实施例中，再生铝锭主要由废铝易拉罐或其他回收铝制品混熔得到。
实施例1
(1)将再生铝锭投入熔化炉中，加热至750℃熔炼，取样分析熔体成分，分析结果为：Si 0.14％，Fe 1.0％，Cu 0.8％，Mn 0.62％，Mg 0.8％，Zn 0.25％，其余杂质元素总和≤0.15％，余量为Al；
(2)按照配比投入硅铝合金、铝镁合金、铝锰合金等中间合金，调整熔体组分如下Si10.0％，Fe 0.8％，Mg 0.5％，Mn 0.4％，Cu 0.05％，Zn 0.05％，Ti 0.04％，Sb 0.1％，其余杂质元素总和≤0.1％，余量为Al继续熔炼；
(3)充分搅拌，升温至820℃，加入精炼剂进行精炼；
(4)降温至730℃，将A1-Ti-C细化剂和铝锑合金压入熔体，以10rpm的速度搅拌，在熔体中吹入惰性气体，进行除气除渣静置20min后扒渣；
(5)对熔体进行成分分析，合格的熔体使用铸造成型设备进行压铸，得到汽车用压铸铝电池托盘铸件。
实施例2
(1)将再生铝锭投入熔化炉中，加热至780℃熔炼，取样分析熔体成分，分析结果为：Si 1.4％，Fe 1.2％，Cu 0.3％，Mn 0.4％，Mg 1.2％，Zn 0.14％，余量为Al；
(2)按照配比投入硅铝合金、铝镁合金、铝锰合金等中间合金，调整熔体组分如下：Si11.5％，Fe 1.0％，Mg 0.7％，Mn 0.3％，Cu 0.1％，Zn 0.07％，Ti 0.08％，Sb 0.2％，其余杂质元素总和≤0.15％，余量为Al，继续熔炼；
(3)充分搅拌，升温至840℃，加入精炼剂进行精炼；
(4)降温至740℃，将A1-Ti-C细化剂和铝锑合金压入熔体，以15rpm的速度搅拌，在熔体中吹入惰性气体，进行除气除渣，静置30min后扒渣；
(5)对熔体进行成分分析，合格的熔体使用铸造成型设备进行压铸，得到汽车用压铸铝电池托盘铸件。
实施例3
(1)将再生铝锭投入熔化炉中，加热至800℃熔炼，取样分析熔体成分，分析结果为：Si 2.4％，Fe 1.5％，Cu 0.3％，Mn 0.2％，Mg 1.0％，Zn 0.25％，余量为Al；
(2)按照配比投入硅铝合金、铝镁合金、铝锰合金等中间合金，调整熔体组分如下：Si12.5％，Fe 1.2％，Mg 0.8％，Mn 0.4％，Cu 0.15％，Zn 0.1％，Ti 0.11％，Sb 0.3％，其余杂质元素总和≤0.15％，余量为Al，继续熔炼；
(3)充分搅拌，升温至860℃，加入精炼剂进行精炼；
(4)降温至750℃，将A1-Ti-C细化剂和铝锑合金压入熔体，以20rpm的速度搅拌，在熔体中吹入惰性气体，进行除气除渣，静置30min后扒渣；
(5)对熔体进行成分分析，合格的熔体使用铸造成型设备进行压铸，得到汽车用压铸铝电池托盘铸件。
对比例1
(1)以质量分数计，ADC12压铸铝合金的标准配比如下：Cu 1.5％～3.5％，Si9.6％～12.0％，Mg≤0.3％，Zn≤1.0％，Fe≤1.3％，Mn≤0.5％，Ni≤0.5％，Sn≤0.2％，Pb≤0.15％，Cd≤0.005％，因此，按照如下配比配置原料：Si 11.5％，Fe 1.0％，Mg 0.3％，Mn0.3％，Cu 1.5％，Zn 0.07％，Ni 0.5％，Sn 0.2％，Pb 0.15％，Cd 0.005％，其余杂质元素总和≤0.15％，余量为Al，800℃下完全熔炼后，将熔体送至铸造成型设备进行压铸，得到汽车用压铸铝电池托盘铸件。
对实施例1-3汽车及对比例1用压铸铝电池托盘铸件按照GB/T15115的规定进行力学性能检验，检测结果如表1所示。
表1汽车用压铸铝电池托盘铸件的力学性能
| 抗拉强度(Mpa) | 屈服强度(Mpa) | 延伸率(％) | |
| 实施例1 | 240 | 161 | 3.8 |
| 实施例2 | 280 | 178 | 6.3 |
| 实施例3 | 263 | 153 | 4.7 |
| 对比例1 | 235 | 147 | 2.5 |
对实施例1-3汽车及对比例1用压铸铝电池托盘铸件进行铝合金NSS实验144h，对比例1在96h时出现红褐色腐蚀斑点，实施例1-3未见腐蚀斑点。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种汽车用压铸铝电池托盘，其特征在于，以质量分数计，包括以下组分：Si10.0％～12.5％，Fe 0.8％～1.2％，Mg 0.5％～0.8％，Mn 0.2％～0.4％，Cu 0.05％～0.15％，Zn0.05％～0.1％，Ti 0.04％～0.11％，Sb 0.1％～0.3％，其余杂质元素总和≤0.15％，余量为Al。
2.一种如权利要求1所述的汽车用压铸铝电池托盘的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将再生铝锭投入熔化炉中，加热至750～800℃熔炼，取样分析熔体成分；
(2)加入中间合金调整熔体组分，继续熔炼；
(3)充分搅拌，加入精炼剂，在820～860℃下进行精炼；
(4)降温至730～750℃，加入细化剂和变质剂，低速搅拌，静置后扒渣；
(5)对熔体进行成分分析，合格的熔体使用铸造成型设备进行压铸，得到汽车用压铸铝电池托盘。
3.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤(2)中，提前将各种中间合金预热至200℃，保温1～2h。
4.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤(4)中，细化剂为A1-Ti-C细化剂，加入量为熔体总质量的0.1％～0.2％。
5.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤(4)中，变质剂为铝锑合金，加入量为熔体总质量的1％～1.5％。
6.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤(4)中，搅拌速度为10～20rpm。
7.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤(4)中，在熔体中吹入惰性气体，进行除气除渣。
8.如权利要求7所述的生产工艺，其特征在于，惰性气体为氩气或者氦气。
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| CN202211733013.0A CN115896561A (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 一种汽车用压铸铝电池托盘及其生产工艺 |
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| CN109295351A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-01 | 浙江万丰摩轮有限公司 | 一种压铸铝合金及其制备方法和应用 |
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-
2022
- 2022-12-30 CN CN202211733013.0A patent/CN115896561A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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| CN108441722A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-08-24 | 南通鸿劲金属铝业有限公司 | 一种耐腐蚀性共晶铝合金材料 |
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