CN116984410B - 一种增强铝合金导电性能的复合挤压材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增强铝合金导电性能的复合挤压材料的制备方法。制备得到的复合挤压材料具有较高的导电率，其导电率高于65%IACS，远超其他铝合金，可以满足电动汽车的零件使用和加工要求。本发明还提供了铝合金自制的挤压材料，配合本发明所述的制备方法，得到了综合性能更优异的复合挤压材料。

Description

一种增强铝合金导电性能的复合挤压材料及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金材料制备技术领域，具体涉及一种增强铝合金导电性能的复合挤压材料的制备方法。

背景技术

传统铝合金具有良好的强度和轻质性能，但其导电性能相对较差，限制了其在某些应用领域中的使用。因此，有必要开发一种能够增强铝合金导电性能的制备方法。

挤压成形就是采用挤压轴(凸模)将放在密闭的挤压筒(凹模)内的坯料，在三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出，获得所需产品(构件)塑性的加工方法。挤出成形的产品材料利用率高，材料的组织得到改善，力学性能提高，操作简单，生产率高，可制作长杆、深孔、薄壁、异形断面零件，是重要的少无切削加工工艺。

挤压是有色金属、钢铁材料生产与零件成形加工的主要方法之一，也是各种复合材料、粉末材料等先进材料制备与加工的重要方法。从大尺寸金属铸锭的热挤压开坯、大型管、棒、型材的热挤压加工至小型精密零件的冷挤压成形，从粉末、颗粒料为原料的复合材料直接固化成形到金属间化合物、超导材料等难加工材料，现代挤压技术得以广泛的应用。由于挤压加工的金属处于三向应力状态，因而可以得到比轧制、锻压更大的塑性变形，有利于低塑件金属变形(脆性材料变形)。挤压多用于生产有色金属及合金的棒材、薄壁和超厚壁复杂断面型材和管材、高合金钢材和机械零件，其产品应用领域广泛，尤其是在建筑、航空、交通、通信等领域，在国民经济中占有极其重要的地位。

金属挤压产品主要包括铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、镁合金、钢铁等的各种断面形状和尺寸的型材、管材和棒材。其中，就挤压产量和品种数量而言，铝及铝合金挤压材料占绝大多数。以交通运输领域为例，由于轻量化、高速化和节能环保的要求，高速列车、地铁、轻轨、双层客车、豪华大巴、全铝卡车等运输工具越来越多采用铝合金车体和部件，挤压铝合金型材应用比例不断扩大。

近10多年来，由于航空航天、交通运输、国防军工等对高性能挤压加工材料的需求不断增长，对产品质量均匀性、一致性的要求不断提高，以及企业对提高生产效率、降低生产成本的追求，国内外广泛重视挤压流动变形行为与组织性能精确控制、缺陷形成机理和控制原理等基础研究，挤压新产品、新技术与新工艺、先进装备的开发与应用。

进入21 世纪以来，我国挤压技术、装备、型材产量迅速发展。高铁、国防军工等领域用关键铝合金材料，尤其是大型和特大型铝合金型材生产实现了从无到有、从弱到强的跨越式发展，突破了国外的技术和产品封锁。挤压产品不断向着断面尺寸大型化、断面形状复杂化、高性能与高均匀化发展， 挤压设备向着大型、超大型化发展。

随着汽车产业和能源行业的发展，新能源汽车行业近年来得到了长足的发展，汽车用电池及电机系统所用的导电材料的需求也大大提升。而出于汽车轻量化的考虑，以及铝合金优良的导电率性能，导致目前新能源汽车上用的导电材料多用铝合金材料。

铝合金挤压产品广泛应用于汽车、飞机、家电等领域，现有的铝合金材料流动性及延展性不佳，挤压薄壁产品时经常出现破壁现象，造成成本损失。铝合金虽然导电性能优异，但相比于铜，其导电性能还是不足，无法满足新能源汽车行业不断提升的需求。另外，还存在组织连续性差、耐腐蚀性能差、晶粒粗大导致铝合金材料的韧性较差等问题。因此，仍需一种铝合金材料来提高材料挤压性能。本发明就是通过特殊的制备方法，开发了一种复合挤压材料，主体仍为铝合金，但其导电率非常高，完全可以满足新能源汽车的使用。

发明内容

本发明提供了一种增强铝合金导电性能的复合挤压材料的制备方法，旨在提供一种简单有效的方法，通过添加导电增强材料来提高铝合金的导电性能。

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种导电率非常优异的铝合金材料。为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案是：在原分流模挤压时，通过特殊方式加入铜丝，使铜丝和铝合金在模具焊合室内部进行融合，然后同时被挤出，以生产出一种含有铜的复合铝合金材料，其导电率相比目前铝合金有很大提高，而且由于其主体是铝合金，所以其质量轻，也同时满足了汽车轻量化的要求。

另外，本发明还提供了一种导电性能更优异的自制挤压材料，配合本发明的制备方法可以制备出导电性能更优异的复合挤压材料。

附图说明

图1是挤压示意图，其中：1——挤压机顶杆；2——挤压垫；3——挤压模筒；4、挤压模具；5——铜丝放卷装置；6——挤压材料；7——铜丝；8——复合挤压材料；9——外部的挤压材料材质；10——内部铜丝；14——焊合室；

图2是模具示意图，其中：4——挤压模具，4-1——模具上模；4-2——模具下模；11——模具桥梁；12——进料腔；13——铜丝通道；14——焊合室；15——模具工作带。

具体实施方式

以下实施例仅为本发明所涵盖的示例，不构成对实施范围的任何限制。

实施例1

一种增强铝合金导电性能的复合挤压材料的制备方法，其主要通过挤压材料正向挤压来实现。

具体而言，采用挤压模具4，该挤压模具4分为上模4-1和下模4-2，上模4-1有3条模具桥梁，在其中一条模具桥梁上有铜丝通道13，铜丝7可以通过铜丝通道13进入模具的焊合室14中；铜丝通道13的进口朝外，与挤压机外的铜丝放卷装置5相连；铜丝放卷装置5的控制系统与挤压机的控制系统连接，当挤压机顶杆1开始向前推进时，铜丝放卷装置5自动启动，开始进行铜丝放卷，将铜丝7加入到铜丝通道13中；

制备过程包括如下步骤：

S1：先将挤压材料6进行高温加热，加热温度500±10℃。将加热后的挤压材料6加入到挤压模筒3中，准备用挤压模具4进行挤压；

S2:压机，挤压机顶杆1以一定的速度向前推进，挤压机顶杆1将挤压材料6推进到挤压模具4中，挤压材料6通过3个模具进料腔12进入到焊合室14中；同时铜丝7也通过铜丝通道13进入到焊合室14中；在焊合室14中，挤压材料6和铜丝7会发生高温融合，然后融合后的挤压材料6和铜丝7一起通过模具工作带15，从而挤压出增强铝合金导电性能的复合挤压材料8；

所述复合挤压材料8由外部的挤压材料材质9和内部铜丝10组成，上述所得的复合挤压材料8的导电率高于65%IACS。

进一步地，所述模具工作带15可以根据产品的需要设计成不同的形状。

进一步地，所述步骤S2中，所述高温融合步骤是将挤压模具4加热，加热温度为480±10℃，并将加热后的模具安装到挤压机上。

进一步地，所述复合挤压材料8以150℃/h以上的平均降温速度进行在线淬火冷却。

进一步地，所述挤压材料6为6101铝合金。

实施例2

将实施例1的挤压材料6由6101铝合金替换为铝合金自制的挤压材料。

进一步地，所述自制挤压材料的组分及各组分的质量百分比为：Si 0.1-0.2％、Mg0.15-0.3％、Fe 0.15-0.25％、Mn 1.8-2.4％、Cu：0.1～0.15％、Cr：0.01～0.05％、Zn0.05-0.18％、Er 0.03-0.06％、Ti 0.008-0.04％、Be 0.04-0.08％、V 0.01-0.02％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％；

将所述挤压材料中的Mg含有率设为“a%”，并将所述挤压材料中的Cu含有率设为“b%”，满足下述式(1)和式(2)：

0.2≥a-(b/1.5)≥0.05 式(1)

0.4≥a+(b/1.5)≥0.22 式(2)

所得的自制挤压材料的导电率高于65%IACS。

进一步地，将所述各组分的坯料在500±10℃的温度保持1-10小时而进行均匀化热处理后，经冷却得到。

进一步地，所述冷却步骤是以150℃/h以上的平均降温速度进行冷却。

另外，以市售的6063-T6铝合金、6061-T6铝合金、1060-F铝合金作为对照组，做抗拉强度、屈服强度和导电率的性能测试。对于实施例1的两组样品1和2均做了性能测试。具体测试数据见表1：

结合表1的测试数据，本发明提供的技术方案至少具有以下有益效果：

（1）本发明所得的复合挤压材料具有较高的导电率，其导电率高于65%IACS，远超其他铝合金，对比结果见表1；

（2）该发明是在复合挤压材料基础上做了T64的热处理工艺，所以仍然具有一定的强度，虽然没有6061等高强铝合金的性能高，但比常规导线电极用1060等铝合金的性能高很多，可以满足电动汽车的零件使用和加工要求，具体对比数据结果见表1；

（3）该发明所得的复合挤压材料的产品质量轻，由于该发明主体材料仍是铝合金，所以继承了铝合金质量轻的特点，可以满足汽车轻量化的需求。

（4）本发明还提供了铝合金自制的挤压材料，配合本发明所述的制备方法，得到的复合挤压材料的综合性能更优于实施例1所得的复合挤压材料。

需要说明的是，为了保证该产品具有一定的机械强度，并为了进一步增加导电率，将以上挤出的复合铝合金产品进行在线淬火冷却，以达到固溶处理的目的。将以上所得产品进行人工时效，做成T64的铝合金状态，其中：时效温度为300±5℃，保温时间为8h。该复合铝合金挤压产品制备完成。

另外，上述铝合金自制的挤压材料的组分及各组分的质量百分比可以进一步优选为：Si 0.15-0.2％、Mg 0.2-0.3％、Fe 0.2-0.25％、Mn 2-2.4％、Cu：0.1～0.15％、Cr：0.02～0.05％、Zn 0.10-0.18％、Er 0.04-0.06％、Ti 0.01-0.04％、Be 0.06-0.08％、V 0.01-0.02％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％；

将所述挤压材料中的Mg含有率设为“a%”，并将所述挤压材料中的Cu含有率设为“b%”，满足下述式(1)和式(2)：

0.2≥a-(b/1.5)≥0.05 式(1)

0.4≥a+(b/1.5)≥0.22 式(2)

所得的挤压材料的导电率高于65%IACS。

上述的实施例和测试数据仅为本发明的一些应用和实施方式，而并不能限制本发明的保护范围。而本发明则通过使用特定的制备方法和铝合金自制的挤压材料，制备了具有优异导电性能的复合挤压材料。通过以上描述，任何一位所属技术领域的技术人员都可看出本发明是采用新颖的思路和手段所创新出来的，具有明显的实用性和创造性。

Claims (7)

1.一种增强铝合金导电性能的复合挤压材料的制备方法，其特征在于：采用挤压模具（4），该挤压模具（4）分为上模（4-1）和下模（4-2），上模（4-1）有3条模具桥梁，在其中一条模具桥梁上有铜丝通道（13），铜丝（7）可以通过铜丝通道（13）进入模具的焊合室（14）中；铜丝通道（13）的进口朝外，与挤压机外的铜丝放卷装置（5）相连；铜丝放卷装置（5）的控制系统与挤压机的控制系统连接，当挤压机顶杆（1）开始向前推进时，铜丝放卷装置（5）自动启动，开始进行铜丝放卷，将铜丝（7）加入到铜丝通道（13）中；

制备过程包括如下步骤：

S1：先将挤压材料（6）进行高温加热，加热温度500±10℃；将加热后的挤压材料（6）加入到挤压模筒（3）中，准备用挤压模具（4）进行挤压；

S2:压机，顶杆（1）以一定的速度向前推进，顶杆（1）将挤压材料（6）推进到模具（4）中，挤压材料（6）通过3个模具进料腔（12）进入到焊合室（14）中；同时铜丝（7）也通过铜丝通道（13）进入到焊合室（14）中；在焊合室（14）中，挤压材料（6）和铜丝（7）会发生高温融合，然后融合后的挤压材料（6）和铜丝（7）一起通过模具工作带（15），从而挤压出增强铝合金导电性能的复合挤压材料（8）；

所述复合挤压材料（8）由外部的挤压材料材质（9）和内部铜丝（10）组成，所述复合挤压材料（8）的导电率高于65%IACS；

挤压材料（6）为铝合金自制的挤压材料；

进一步地，所述铝合金自制的挤压材料的组分及各组分的质量百分比为：Si 0.1-0.2％、Mg 0.15-0.3％、Fe0.15-0.25％、Mn1.8-2.4％、Cu0.1～0.15％、Cr0.01～0.05％、Zn0.05-0.18％、Er 0.03-0.06％、Ti 0.008-0.04％、Be 0.04-0.08％、V 0.01-0.02％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％；

将所述铝合金自制的挤压材料中的Mg含有率设为“a%”，并将所述铝合金自制的挤压材料中的Cu含有率设为“b%”，满足下述式(1)和式(2)：

0.2≥a-(b/1.5)≥0.05 式(1)

0.4≥a+(b/1.5)≥0.22 式(2)

所得的铝合金自制的挤压材料的导电率高于65%IACS。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述模具工作带（15）可以根据产品的需要设计成不同的形状。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述高温融合是将挤压模具（4）加热，加热温度为480±10℃，并将加热后的模具安装到挤压机上。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述复合挤压材料（8）以150℃/h以上的平均降温速度进行在线淬火冷却。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铝合金自制的挤压材料的组分及各组分的质量百分比为：Si 0.15-0.2％、Mg 0.2-0.3％、Fe 0.2-0.25％、Mn 2-2.4％、Cu0.1～0.15％、Cr 0.02～0.05％、Zn 0.10-0.18％、Er 0.04-0.06％、Ti 0.01-0.04％、Be0.06-0.08％、V 0.01-0.02％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％；

将所述铝合金自制的挤压材料中的Mg含有率设为“a%”，并将所述铝合金自制的挤压材料中的Cu含有率设为“b%”，满足下述式(1)和式(2)：

0.2≥a-(b/1.5)≥0.05 式(1)

0.4≥a+(b/1.5)≥0.22 式(2)

所得的铝合金自制的挤压材料的导电率高于65%IACS。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将所述各组分的坯料在500±10℃的温度保持1-10小时而进行均匀化热处理后，经冷却得到所述铝合金自制的挤压材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述冷却是以150℃/h以上的平均降温速度进行冷却。