CN1955326A - 矩形断面电池容器用铝合金板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可以得到产品成品率高，薄板的矩形DI成形性良好，而且脉冲激光焊接性能优良的铝合金板。铝合金板的组成为Si0.10～0.60wt％、Fe0.20～0.60wt％、Cu0.10～0.70wt％、Mn0.60～1.50wt％、Mg0.20～1.20wt％、Zr0.12～0.20wt％(不含上下限值)，Ti0.05～0.25wt％、B0.0010～0.02wt％、根据需要控制Cr含量在0.35wt％以下，其余由Al及难以避免的杂质构成，采用圆筒容器拉伸成形法，压延方向为45°，褶皱率为4～7％。

Description

矩形断面电池容器用铝合金板

本申请是以下中国发明专利申请的分案申请：申请日为2003年8月8日，申请号为03825660.6，发明名称为矩形断面电池容器用铝合金板。

技术领域

本发明涉及计算机、电话等电子仪器类内置的电池容器(盒)所使用的铝合金板，其45°褶皱率高，DI(拉伸及减径挤压)成形性良好，而且是脉冲激光焊接性能优良的矩形断面电池容器用铝合金板。

发明背景

电子仪器等的驱动电源内置有电池，该电池的容器一般使用铝合金材料。例如，手机用的锂离子2次电池的容器断面通常采用矩形，纵向较小、横向较宽、较厚的形状。如果用具体的尺寸表示的话，即为纵向4～7mm×横向20～30mm×厚度40～60mm的DI成形容器。在此容器内装入电池用材料，盖子用激光焊接做成密闭状态。

此电池容器，一般使用纯Al系列及Al-Mn系列比较软的铝板，由于不仅要求DI成形性，对电池用材料在使用中发热时的耐膨胀性也有要求，例如，专利公开2000-336448号公报(第2页右栏第11～14行，同一页同一栏第27～30行)，综合考虑后，提出通过在Al-Mn-Si-Fe-Cu系列合金中适量添加Mg合金，或者除加入Mg以外，适量添加Cr、Zr、Ti等元素，可以得到具有优良的冲压成形性同时耐膨胀的合金。

另外，在专利公开2001-181766号公报(第2页右边一栏第5～14行、同一页同一栏第33～39行)、提出了通过限制Al-Mn-Mg-Si-Fe-Cu系列合金冷压延过程的加工率、结晶粒径及金属间化合物的面积占有率，提高盒子与盖子间的激光焊接性，得到耐压强度优良的合金。

上述具有矩形断面的容器，通过DI成形做成的坯料，与矩形形状相比，椭圆形的形状在下料阶段其成品率较高，所以受到青睐，并且为了使DI成形后的褶皱率均匀，在圆筒容器上拉伸及成形时，需要使用压延方向45°褶皱率较高的板材。

另一方面，从减轻电子仪器类内置的电池容器重量的观点出发，需要使用较薄的材质。但是，在上述专利公开2000-336448号公报中，没有关于45°褶皱率的叙述，另外以专利公开2001-181766号公报的公开为基准，要提高45°褶皱率的话，需要提高其最后压延率，它受到薄板的DI成形性的限制，并且脉冲焊接速度会变慢。

为了解决现有技术存在的问题，本发明目的在于提供产品的收率高，薄板的矩形DI成形性良好，而且脉冲激光焊接性优良的铝合金板。

发明概述

为了解决上述技术方面现存的课题，发明人通过反复研究，在3000系列以及让其含有Mg的铝合金中，同时适量加入Zr、Ti以及B铝合金板，即使在压延率较低的情况下，在圆筒容器中拉伸成形过程的45°褶皱率较高，矩形DI成形产品的成品率优良，薄板的矩形DI成形性良好，并且脉冲激光焊接速度快，不存在裂纹的发生问题，以具有优良的生产性为标题完成了本发明。即，本发明中铝合金板组成为：

Si：0.10～0.60wt％、

Fe：0.20～0.60wt％、

Cu：0.10～0.70wt％、

Mn：0.60～1.50wt％、

Mg：0.20～1.20wt％、

Zr：0.12～0.20wt％(但是，不含上下限值)，

Ti：0.05～0.25wt％、

B：含有0.0010～0.02wt％，

其余由Al以及难以避免的杂质构成，

它是采用圆筒容器拉伸成形法，压延方向为45°褶皱率4～7％为特征的矩形断面电池容器用铝合金板。关于上述以及以下的记载、有关数值范围记载，在没有特殊叙述的情况下，均视为包括上限值以及下限值。

采用这样的构成，具有产品的成品率较高、薄板的矩形DI成形性良好、同时脉冲激光焊接速度快的效果。

上述铝合金板的组成中，通过加入Cr(0.35wt％以下)，除上述效果之外，得到DI成形后的矩形断面电池容器的表面更加美观的效果。

对本发明有关的元素，说明如下：

Si：0.10～0.60wt％、

Fe：0.20～0.60wt％、

Mn：0.60～1.50wt％、

这些元素是为了给予铝合金板的强度的同时，将Al-Fe系、Al-Mn系列、Al-(Fe，Mn)-Si系列等的金属间化合物形成微细分散，再结晶组织在细晶化的同时，付与DI成形性，未达到下限值时，其效果不明显，耐膨胀性尚显不足，另外，超过上限值时，会形成粗大化合物，使DI成形性降低，焊接性也会降低。

Cu：0.10～0.70wt％、

Mg：0.20～1.20wt％、

这些元素在付与铝合金板强度的同时，使加工硬化变大，提高了耐膨胀性，达不到下限值时其效果不大，超过上限值时，其脉冲激光焊接性会降低，难以提高焊接速度。

Zr：0.12～0.20wt％(不过，不包含上下限值)

Ti：0.05～0.25wt％、

B：0.0010～0.02wt％

通过以上元素的共存，使其生成多种类的凝固核的金属间化合物，随着快速凝固，可以防止在焊接焊道部的凝固时出现裂纹，从而实现脉冲激光焊接的高速化。进一步，采用低压延率在圆筒容器中拉伸成形时给予45°方向的高褶皱率。但是，达不到下限值时其效果较小，超过上限值时，其45°褶皱率过高，将矩形断面容器进行DI成形时，褶皱率变高会降低产品的成品率，由于生成粗大化合物从而降低了成形性能。

Zr在0.13～0.19wt％范围最好。

在上述组成中，让其Cr含量在0.35wt％以下时，进行再结晶粒微细化处理，从而容器表面整修得较为美观。另外，由返材等不可避免的混入Cr，因为在通常的熔融制作中含有0.01wt％以下，要想使Cr的添加效果更加明显的话，需要使其含有量超过0.01wt％。较好的情况为Cr在0.1wt％以上、更好的情况是Cr在0.15wt％以上。

当超过上限值时，会生成粗大化合物反而降低了成形性。

难以避免的杂质来源于原料以及回收材料等的不可避免的混入不在管理项目之内，例如，Zn含有量在0.25wt％以下，Ga以及V含有量分别在0.05wt％以下的其它元素，在上述范围内，即使多少含有管理项目之外的元素也不会影响本发明的效果。

下面对压延方向45°褶皱率4～7％进行说明。

铝压延板的圆形坯料用圆筒容器拉伸成形时，软质材料的情况下，在压延方向0°，90°方向的容器边缘角部易形成发达的凸起，在强加工材料的情况下，45°方向的容器边缘部分的角部形成发达的凸起部分。这个凸起部分称作飞边，为了做成产品需要将其削除，所以造成材料的产品成品率降低。即，通常需要飞边向0°，90°或45°方向偏，需要使用飞边不发达的均匀的板材。

但是，以断面为矩形的容器进行DI成形时，如上所述，使用椭圆形的坯料与使用矩形坯料相比，在下料阶段收率较高受到青睐，另一方面，由飞边均匀的板材得到的椭圆形的坯料的长边或短边与板材的压延方向平行时，通过拉伸加工，0°，90°方向的容器边缘部分角部的凸起部较为发达，在45°方向上形成谷部，导致产品的成品率降低。

因此，预先使用45°方向飞边发达的板材，可以通过DI加工使飞边均匀成形，从而提高产品成品率。

即，上述的原来型便携式仪器的电池容器，通过使用坯料45°褶皱率在4％以上7％以下的铝合金板，就可以得到产品成品率较高的DI产品。

附图简述

现就附加的图纸进行说明，

图1是脉冲激光焊接的矩形断面带盖的电池容器的斜视图，其中1是容器、2是盖子、3是容器1与盖子2用脉冲激光焊接后的焊接线；

图2是将容器1拉伸加工时的略椭圆形坯料的平面图，其中4是其坯料，5表示在DI加工时的冲头所接触的位置的假想线。

具体实施方式

下面就与本发明有关的铝合金板的较好的制造方法进行说明。将具有上述组成的铝合金熔融液通过半连续铸造法制成铸块，进行均匀化处理以及热压延，经过中间退火，以及最后压延，得到所需强度且具有45°褶皱率的铝合金板。

用半连续铸造法铸造的结果得到的铸块的均匀化处理，是为了使压延容易进行，在高温保持后，消除铸造偏析。其温度500～600℃保持1小时以上较好。若此加热温度过低，或者保持时间过短时，析出物的尺寸变小，退火时的再结晶颗粒会变粗，以致DI成形后的外观表面不能整体美观。另外，即使最后的压延率较低，褶皱率也容易超过7％，不能得到所需的强度。如果加热温度过高，容易产生部分溶融的危险。更佳的条件是将均匀化处理的温度维持在520℃以上、590℃以下的范围之内。

中间退火目的在于使再结晶组织微细化，采用升温速度5℃/sec以上的连续退火较好，其加热温度也在400℃以上，进一步加温的话，可以同时使其固溶化处理。保持时间在10秒以内较好。

最后压延和均匀化处理温度同样给予45°褶皱率的影响较大。即，均匀化处理在500～600℃保持1小时间以上，最后压延采用压延率25～55％，即可得到45°褶皱率4～7％的铝合金板。此最后压延的压延率未达到下限值时，不仅不能得到所要的强度，而且45°褶皱率较低，如果超过上限值的话，其45°褶皱率过高，在矩形断面容器进行DI成形时的产品成品率反而降低，同时其延展性降低，DI成形时在模具的肩部容易出现裂纹。

这样得到的板材按上述各种尺寸在矩形断面的容器中成形加工，例如，板厚为0.6mm，通过拉伸加工及减径挤压加工制成容器。

该容器在装入电池用材料之后加盖，在对接部分进行脉冲激光焊接后即成为电池，但是，上述容器在未装入电池用材料之前，在40～170℃的温度下加热处理，通过老化硬化，可以提高其强度，以便在稳定的状态下使用。

下面就在容器上加盖固定以及脉冲激光焊接进行说明。

容器上加上盖子，将接口部分在大气中，或者根据需要以氩气等惰性气体作为辅助气体保护进行焊接。焊接条件由板材的厚度、脉冲时间、输出、焦点偏移距离以及焊接速度等条件决定，进行焊接。即、以脉冲时间0.3～5ms、1.5～15焦耳/焊点、焦点偏离距离-5～+10mm、焊接速度1～30mm/sec的范围为量度，可以适当的采用，这些条件不受上述限定。

下面就具体的实例进行说明。

(实施例1)

熔融制作铝合金溶液，采用半连续铸造法，厚度530mm、宽度1100mm、模具通入的冷却水为2.5～3.0升/cm分、以铸块的取出速度为40～60mm/分铸造了铸块。Zr的添加采用Al-Zr母合金，Ti的添加采用Al-Ti母合金，B的添加采用Al-Ti-B母合金进行。其组成如表1所示。

然后将该铸块进行表面切削后，进行均匀化处理，保持后开始热压延，得到终止温度400℃厚度6mm的热延板。然后，用冷压延4脉冲得到各种厚度的冷压延板，进行了中间退火处理。中间退火处理采用电磁诱导加热至520℃，保持数秒后用水淬火。淬火后最后进行冷压延，得到了厚度为0.6mm的压延板。用上述压延板进行了以下的测定。其结果如表2所示。

<45°褶皱率>

圆形坯料用圆筒容器进行拉伸成形，测定了45°褶皱率。

45°褶皱率按下式进行了计算：

45°褶皱率(％)＝100(H1-H2)/0.5(H1+H2)

式中H1：由底部至顶部的距离的平均值

    H2：由底部至谷部的距离的平均值

<产品成品>

椭圆形坯料拉伸成形后进行减径挤压加工，制作内部尺寸为纵向5mm×横向25mm×厚度50mm的有底容器，为了将容器的边缘部找平，进行了切削加工，测定了材料的产品成品率。减径挤压的加工率为50％。

产品成品率按下式进行了计算：

产品成品率(％)＝产品重量/椭圆形坯料重量×100

<焊接性>

得到的板材按照共同材料进行对接，按下述条件进行脉冲激光焊接，用40倍光学显微镜确认有无裂纹。另外，一方的板材按照1100材进行了焊接，与共同材料焊接时得到的结果相同。无裂纹时作○标记、有裂纹时作×标记。

[脉冲激光焊接]

焊接速度    低速         5mm/sec.

            高速         20mm/sec.

1脉冲时间                0.5ms

输出                     2.5焦耳/焊点

调节使焦点偏离距离       焊接宽度控制在1mm以内

频率                     100Hz

(表1)

组成(单位：wt％)

合金符号	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Zr	Ti	B	Cr	备注
											A	0.20	0.50	0.15	0.70	0.90	0.14	0.11	0.004	-	本发明例
B	0.20	0.55	0.15	1.00	0.80	0.15	0.11	0.005	-	″
											C	0.50	0.30	0.60	1.40	0.40	0.18	0.14	0.010	0.30	″
D	0.20	0.55	0.64	1.00	0.80	0.15	0.11	0.0018	-	″
											E	0.20	0.55	0.64	1.00	0.80	0.15	0.11	0.0015	-	″
F	0.20	0.55	0.64	1.00	0.80	0.15	0.11	0.0015		″
											G	0.20	0.55	0.64	1.00	0.80	0.15	0.11	0.0018	0.30	″
H	0.15	0.55	0.15	1.00	0.8	0.15	0.13	0.0017	-	″
											I	0.15	0.55	0.15	1.00	0.8	0.15	0.13	0.0020	0.25	″
J	0.20	0.52	0.15	1.19	0.25	0.14	0.06	0.0015	-	″
											K	0.20	0.42	0.64	1.03	0.62	0.15	0.07	0.0016	-	″
L	0.15	0.38	0.15	1.05	1.00	0.15	0.07	0.0017	-	″
											M	0.20	0.40	0.60	1.0	0.60	-	-	-	-	比较例
N	0.15	0.39	0.16	1.0	1.00	-	-	0.010	-	″
											O	0.20	0.55	0.64	1.0	0.80	0.15	0.01	-	-	″
P	0.20	0.55	0.64	1.0	0.80	0.01	0.11	-	-	″
											Q	0.30	1.2	0.3	0.5	0.5	0.2	0.15	-	0.30	″
R	0.15	0.38	0.15	1.05	1.00	-	0.10	0.010	-	″

S	0.20	0.60	0.15	1.0	0.80	0.15	-	0.010	-	″
											T	0.15	0.38	0.15	1.05	1.00	0.25	-	-	-	″
U	0.15	0.38	0.15	1.05	1.00	-	0.30	-	-	″
											V	0.15	0.38	0.15	1.05	1.00	-	-	0.05	-	″

注1.其余为Al以及其它不可避免的杂质

(表2)

条件及测定结果

样品编号	使用合金符号	均匀化处理温度℃×时间	中间退火后的压延率(％)	45°褶皱率(％)	产品成品率％产品表面	焊接性裂纹低速、高速	耐力(MPa)	备注
									1	A	590×5	30	5.5	55  良	○  ○	207	本发明例
2	B	″	50	6.0	57  良	○  ○	215	″
									3	C	525×5	40	6.5	60  优	○  ○	231	″
4	D	590×5	50	6.5	60  良	○  ○	237	″
									5	E	″	30	5.4	54  良	○  ○	239	″
6	F	″	30	5.6	56  良	○  ○	245	″
									7	G	″	40	6.4	59  优	○  ○	248	″
8	H	″	35	6.0	57  良	○  ○	220	″
									9	I	″	35	6.1	58  优	○  ○	230	″
10	J	″	32	5.4	54  良	○  ○	203	″
									11	K	″	31	6.0	57  良	○  ○	254	″
12	L	″	32	5.8	59  良	○  ○	208	″
									13	M	″	31	2.0	35  良	×  ×	250	比较例
14	N	″	32	2.2	37  良	×  ×	205	″
									15	O	″	30	5.0	51  良	○  ×	254	″
16	P	″	32	3.1	44  良	×  ×	251	″
									17	Q	″	30	7.5	发生裂纹	○  ×	240	″
18	R	″	30	3.5	45  良	×  ×	205	″
									19	S	″	30	5.0	52  良	×  ×	210	″
20	T	″	32	8.9	发生裂纹	○  ×	225	″
									21	U	″	32	3.9	发生裂纹	○  ×	215	″
22	V	″	33	2.1	发生裂纹	×  ×	201	″

注2.○标记：无裂纹    ×标记：发生裂纹

根据表1、2的结果，以本发明为例，Zr、Ti及B同时共存，45°褶皱率在本发明范围内的样品(样品编号1～12)，其产品成品率较高，即使当脉冲激光焊接速度较快时，也未发现焊接裂纹，其焊接性优良。另外，含有Cr的本发明范围内的样品(样品编号3、7、9)，容器的产品表面十分美观。

另一方面、作为对比例，Zr、Ti以及B都在杂质范围之内，并且45°褶皱率较低的样品(样品编号13)、其产品成品率较低，出现焊接裂纹，焊接性能较低。

另外、Zr、Ti或者B单独或者2元素共存的样品(样品编号14～22)，会产生焊接裂纹，焊接性有所下降。

另外、Zr、Ti或者B的含有量超过本发明的范围的样品(样品编号20～22)，在DI成形时会发生裂纹，成形性不好。

如上所述，由于本发明的铝合金板不仅其45°褶皱率较高，脉冲激光焊接性能优良，以高收率制作矩形断面的电池容器，而且由于可以在容器上加盖高速度焊接，

在电池的制造方面其生产性能较好，同时具有各种各样的工业方面的效果。

Claims (2)

1、一种矩形断面电池容器用铝合金板，包含：

Si：0.10～0.60wt％、

Fe：0.20～0.60wt％、

Cu：0.10～0.70wt％、

Mn：0.60～1.50wt％、

Mg：0.20～1.20wt％、

Zr：0.12～0.20wt％(不含上下限值)、

Ti：0.05～0.25wt％、

B：含有0.0010～0.02wt％、

其余为Al以及其它不可避免的杂质，

其采用圆筒容器拉伸成形法，压延方向为45°，褶皱率为4～7％。

2、如权利要求1中所述的矩形断面电池容器用铝合金板，其特征在于：所述的矩形断面电池容器用铝合金板的组成中再适量加入含量在0.35wt％以下的Cr。

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