CN116287889A - 用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，所述免热处理的高压铸造铝合金包括：9.0～10.0重量％的硅；0.15～0.25重量％的铁；最多0.1重量％的铜；最多0.1重量％的锌；最多0.1重量％的铬；0.3～0.6重量％的锰；最多0.01重量％的镍；最多0.15重量％的镁；0.05‑0.1重量％的锆；0.1～0.2重量％的钛；0.01～0.03重量％的锶；0.05‑0.1重量％的钒；0.01～0.15重量％的稀土，单个杂质元素最多0.05重量％，其余为铝；其中Ti、V、Zr以及稀土元素的重量％的总和大于0.26，小于0.4。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压铸铝合金领域，尤其涉及一种用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法。
背景技术
随着目前新能源市场占有率的提升，由原来的某些燃油车品牌四世同堂的状况过度到了目前每年新型号电动车的投入市场的状况，尤其是一体化大铸件的普及，提高了新产品开发的效率及生产效率。
目前电池托盘出现显著的供不应求现象，新能源车的产量暴增，导致了储能电池托盘需求爆发，从而使得上游产能扩建速度难以满足下游订单，下游厂商积极寻找发展新供应商，支持供应商扩产。
目前电池箱体产品可分为三种：钢铝箱体、一体压铸铝箱体、铝型材拼焊箱体；其中钢铝箱体、一体压铸铝箱体主要面向A00级车、混动车；铝型材拼焊箱体可以做到全覆盖第一代及第二代CTP电池，目前主要面向第二代及第三代CTP产品。
而钢铝箱体以及铝型材拼焊箱体新能源汽车电池托盘主要靠型材焊接，效率低，成本高，由焊接转换成高压压铸情况下，成本降低，效率提升。而现有的一体压铸箱体，由于压铸后形成的材料性能如延伸率和强度等无法满足要求，因此，在压铸后，还需要经过金属热处理工艺。这样一来就导致了制作成本的提升。
发明内容
本发明涉及一种用于电池托盘的高压铸造铝合金，其中所述高压铸造的铝合金在铸态时>120MPa的拉伸屈服极限Rp0.2，同时>10.0％的断裂延伸率A，>240MPa的抗拉强度Rm，并能满足目前电池托盘高压铸造机械性能需求，尤其是无需通过金属热处理工艺处理，降低了制作成本。
为达到上述至少一个优势，本发明提供一种用于电池托盘的高压铸造铝合金，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金包括：
9.0～10.0重量％的硅；
0.15～0.25重量％的铁；
最多0.1重量％的铜；
最多0.1重量％的锌；
0.3～0.6重量％的锰；
最多0.1重量％的铬；
最多0.15重量％的镁；
0.05～0.1重量％的钒；
0.1～0.2重量％的钛；
0.05～0.1重量％的锆；
最多0.01重量％的镍；
0.01～0.15重量％的稀土，单个杂质元素最多0.05重量％，其余为铝；
其中Ti、V、Zr以及稀土元素的重量％的总和大于0.26，小于0.4。
根据本发明一实施例，Ti、V、Zr以及稀土元素的重量％的总和大于0.3，小于0.4。
根据本发明一实施例，所述稀土元素被实施为镧、铈、饵中至少一种。
根据本发明一实施例，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中加入0.2～0.25％重量的铁，0.45～0.5％重量的锰及0.06-0.08％重量的钒。
根据本发明一实施例，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.01～0.03重量％的锶。
根据本发明一实施例，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.08重量％的铬。
根据本发明一实施例，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.1～0.15重量％的镁。
根据本发明一实施例，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.1重量％的铜。
根据本发明一实施例，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.1重量％的锌。
根据本发明一实施例，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.08重量％的锆。
根据本发明一实施例，所述免热处理的高压铸造铝合金包括最多0.1重量％的锌。
附图说明
图1示了：硅含量对2mm*6mm样品流动性影响示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
所述用于电池托盘的高压铸造铝合金包括：
9.0～10.0重量％的硅；
0.15～0.25重量％的铁；
最多0.1重量％的铜；
最多0.1重量％的锌；
0.3～0.6重量％的锰；
最多0.1重量％的铬；
最多0.15重量％的镁；
0.05～0.1重量％的钒；
0.1～0.2重量％的钛；
0.05～0.1重量％的锆；
最多0.01重量％的镍；
0.01～0.15重量％的稀土，单个杂质元素最多0.05重量％，其余为铝。
所述高压铸造的铝合金中，硅在高压铸造的铝合金中的份额为9.0～10.0重量％，该区间范围内的压铸铝合金属于亚共晶铝合金，在压铸后具有优良的自然时效性和良好的流动性，且凝固收缩率低，铸件热裂倾向极小，尤其是在用于常规电池托盘2m的填充距离下，可见附图1，充填效果更好，并且脱模变形量更低，可以有效地降低后工序矫形的成本。
铁在所述高压铸造铝合金中的份额0.15～0.25重量％，铁在该范围内。常规的需要免热处理的铝合金中，需控制铁含量在0.15％以下，主要为了避免产生针状铁相影响产品延伸率，所述高压铸造铝合金把铁含量控制在0.15～0.25％的目的主要是为了更多的使用再生铝，减少由所述高压铸造铝合金制成的电池托盘的总质量，从而有效地减少能耗，减低碳排放量。
值得一提的是，在加入0.15～0.25％重量的铁后，不可避免地会降低延伸率，所以加入0.3～0.6％重量的锰及0.05-0.1％重量的钒，锰在高压压铸铝合金中主要作用在模具与产品之间生成膜，避免因铝与钢的亲和力导致压铸过程中粘模，另外锰与铁生成AlSiMnFe相，避免针状铁影响产品的延伸率；再加入钒后，钒与铁生成AlSiVFe相，消耗掉过量的铁，这样可以最大限度降低因再生铝中铁含量的增加对产品延伸率的影响。
作为优选地，加入0.2～0.25％重量的铁，0.45～0.5％重量的锰及0.06-0.08％重量的钒。
值得一提的是，所述稀土元素及锆的加入可以提高合金的再结晶温度，显著细化晶粒。
尤其是对于大铸件铸造铝合金的壁厚位置，压铸过程中随着模具温度的升高，导致过冷度降低，会造成铝基体尺寸更大及出现针状铁相。稀土元素及锆能够细化铝基体尺寸和改善铁相的形貌，提高产品的抗拉强度、延伸率及硬度。但是Ti+V+Zr+稀土元素％重量的总和需满足大于0.26，小于0.4。如果总和低与0.26，在压铸超大电池托盘壁厚4.0mm的零件时，铝基体细化不明显。而如果总和过高将导致细化过度，产生晶间强化，降低延伸率。优选地，Ti+V+Zr+稀土元素(La+Ce)重量％的总和大于0.3小于0.4。
尤其值得一提的是，所述稀土元素被实施为镧、铈、饵中至少一种。
同样地，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.08重量％的锆。
此外，加入最多0.15重量％的镁、最多0.1重量％的铜、最多0.01重量％的镍、最多0.1重量％的锌都能够在制作所述高压铸造铝合金时对所述高压铸造铝合金起到强化作用，从而提高所述高压铸造的铝合金在铸态时的拉伸屈服极限Rp0.2和抗拉强度Rm，在该材料设计中，主要目的便于材料生成过程中能使用更多的再生铝，降低成本及碳排。
优选地，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.1～0.15重量％的镁。
优选地，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.1重量％的铜。
优选地，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.1重量％的锌。
优选地，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.08重量％的铬。
钛在铸造铝合金中的份额为0.1～0.2重量％，钛与铝生产ALTi3，能起到细化晶粒的效果，但钛含量增加会导致铝液在静止时偏聚沉淀，并且会降低产品的疲劳强度。
优选地，所述高压铸造铝合金中，还包括0.01～0.03重量％的锶。而加入的锶，可对共晶硅的形态进行变质处理，避免了粗大的片状硅相产生。换句话说，加入锶后，能够形成细小的棒状共晶硅组织。由此，变质过后的共晶硅对铸件产品的机械性能影响很大，特别是能大幅提升断裂延伸率。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种高压铸造铝合金的制作方法，其中所述高压铸造铝合金的制作方法包括：
S1，熔化铝锭，并控制铝液温度控制在710～730℃之间；
其中所述铝液包括的以下组分：
9.0～10.0重量％的硅；
0.15～0.25重量％的铁；
最多0.1重量％的铜；
最多0.1重量％的锌；
0.3～0.6重量％的锰；
最多0.1重量％的铬；
最多0.15重量％的镁；
0.05～0.1重量％的钒；
0.1～0.2重量％的钛；
0.05～0.1重量％的锆；
最多0.01重量％的镍；
0.01～0.15重量％的稀土，单个杂质元素最多0.05重量％，其余为铝，并通过升温铝液使加入的组分熔化；
S2，通过除气机将铝合金无钠精炼剂压入进行精炼，并在精炼时加入含0.01～0.03重量％的锶的铝锶中间合金，并精炼预定时间，以去除铝液中气体；
S3，通过测氢仪检测含气量，并在含气量达到0.15ml/100g以下时，通过铝合金高压铸造设备压铸以形成所述高压铸造免热处理的铝合金。
优选地，所述高压铸造免热处理的铝合金制作方法包括步骤：
S4，备料和炉子清理：根据合金成分比例备料，料备完炉子需要清洗干净。
优选地，还加入0.01～0.03重量％的锶。
值得一提的是，合金元素以纯合金或中间合金形式加入。
例如，Cu元素以Al-Cu中间合金形式加入，Si元素以单质553硅形式加入，Mg元素以纯Mg锭形式加入，Mn元素是以Al-Mn中间合金形式加入，Ti元素以Al-Ti中间合金形式加入，Cr元素以中间合金形式加入，Sr元素以Sr中间合金形式加入，稀土元素如镧、铈、饵元素以中间合金形式加入。
在熔化铝锭中，纯铝锭表面清洁干净后，将纯铝锭和553硅放入电阻坩埚内进行加热熔炼，铝液温度控制在710～730℃之间；
在加入中间合金中：待铝液温度达到720℃时，将烘干后的Al-Cu中间合金、镁锭、Al-Ti等其余中间合金加入到铝液中，铝液升温至740℃，保温15分钟，保证加入的中间合金全部熔化；
在精炼变质除气时，铝液温度降低至710～730℃时，开始用移动式旋转除气机将铝合金无钠精炼剂压入进行精炼，在精炼时加入铝锶中间合金，精炼预定时间。优选为10-30分钟，然后扒渣，静置。如静置1小时，静置后用在线测氢仪检测含气量，达到0.15ml/100g以下时，进行压铸，未达到要求，则继续以上精炼变质除气工艺。
压铸生产验证：
1)生产设备及辅助配件：280T力劲压铸机，自动给汤机，模温机，品牌真空机，市面上压铸结构件专用进口脱模剂，进口颗粒珠，4mm*80mm*250mm自制试片模具(图1)，50mm冲头及熔杯；
2)压铸工艺控制：压铸铝液温度控制在680-690℃，模温机温度控制在160～170℃，高速速度控制在2.7-2.9m/S，真空度控制在10～40mbar之间，增压压力65Mpa；
3)以下为不同成分配比压铸试片按照GBT228标准试片线切割后，用三思拉力机，进口引伸计测试性能。
通过上述制备工艺制作分别制作了五个实施例的所述高压铸造的铝合金，并对其性能进行检测，具体可见下表1。
表1
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的优势已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (10)
1.用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述高压铸造铝合金的制作方法包括：
S1，熔化铝锭和各组分，并控制铝液温度控制在710～730℃之间；
其中铝液包括：
9.0～10.0重量％的硅；
0.15～0.25重量％的铁；
最多0.1重量％的铜；
最多0.1重量％的锌；
0.3～0.6重量％的锰；
最多0.1重量％的铬；
最多0.15重量％的镁；
0.05～0.1重量％的钒；
0.1～0.2重量％的钛；
0.05～0.1重量％的锆；
最多0.01重量％的镍；
0.01～0.15重量％的稀土，单个杂质元素最多0.05重量％，其余为铝，并通过升温铝液使加入的组分熔化；
S2，通过除气机将铝合金无钠精炼剂压入进行精炼，并在精炼时加入含0.01～0.03重量％的锶的铝锶中间合金，并精炼预定时间，以去除铝液中气体；
S3，通过测氢仪检测含气量，并在含气量达到0.15ml/100g以下时，通过铝合金高压铸造设备压铸以形成所述高压铸造免热处理的铝合金。
优选地，所述高压铸造免热处理的铝合金制作方法包括步骤：
S4，备料和炉子清理：根据合金成分比例备料，料备完炉子需要清洗干净。
2.根据权利要求1所述用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，Ti、V、Zr以及稀土元素的重量％的总和大于0.3，小于0.4。
3.根据权利要求1所述用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述稀土元素被实施为镧、铈、饵中至少一种。
4.根据权利要求1所述用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中加入0.2～0.25％重量的铁，0.45～0.5％重量的锰及0.06-0.08％重量的钒。
5.根据权利要求1所述用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.01～0.03重量％的锶。
6.根据权利要求1所述用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.08重量％的铬。
7.根据权利要求1所述用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.1～0.15重量％的镁。
8.根据权利要求1所述用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.1重量％的铜。
9.根据权利要求1所述用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.1重量％的锌。
10.根据权利要求1所述用于电池托盘的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述用于电池托盘的高压铸造铝合金中包括0.05～0.08重量％的锆。
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