KR20210035366A - Manufacturing method for aluminium alloy battery housing frame and the aluminum alloy battery housing frame - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기 자동차용 배터리 하우징 프레임에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 마찰교반용접을 수행한 후, 후열처리를 수행하여 인장강도(Tensile strength), 파괴인성(toughness) 및 피로특성(fatigue)을 요구 특성에 맞게 회복시킬 수 있도록 하는 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법 및 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임에 관한 것이다.The present invention relates to a battery housing frame for an electric vehicle, and more particularly, after performing friction stir welding, post-heat treatment is performed to improve tensile strength, fracture toughness, and fatigue characteristics. The present invention relates to a method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle and an aluminum alloy battery housing frame that can be recovered according to required characteristics.
전기 자동차용 배터리 하우징은 무거운 중량의 철을 대체하여 가벼운 중량을 가지는 알루미늄 합금(예, AA6063 등) 판재를 국제공개특허 WO2017-082669호에 개시된 바와 같은 마찰교반용접(FSW: Friction Stir Welding)으로 접합하여 제작된다.Battery housing for electric vehicles replaces heavy-weight iron and joins light-weight aluminum alloy (eg, AA6063, etc.) plates by friction stir welding (FSW) as disclosed in International Patent Publication No. WO2017-082669. It is made by doing.
구체적으로, 종래기술의 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 제작을 위한 마찰교반용접 방법의 일 예로는 AA6063 합금 판재를 맞댄 후 1000 rpm 및 100 mm/min 용접 조건으로 마찰교반용접을 수행하는 방법을 들 수 있다.Specifically, an example of a friction stir welding method for manufacturing an aluminum alloy battery housing for an electric vehicle in the prior art is a method of performing friction stir welding at 1000 rpm and 100 mm/min welding conditions after butting AA6063 alloy plates. have.
상술한 종래기술의 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 제작을 위해, 상술한 종래기술의 마찰교반용접 공정을 적용하는 경우, 마찰교반용접의 수행 시에 발생하는 마찰열에 의한 강화 석출상의 고용에 의해, 인장강도, 파괴인성 및 피로강도 등의 기계적 특성이 저하된다.In the case of applying the friction stir welding process of the prior art to fabricate the aluminum alloy battery housing for an electric vehicle of the prior art described above, tensile strength by solid solution of the reinforced precipitation phase due to frictional heat generated during the friction stir welding Mechanical properties such as strength, fracture toughness and fatigue strength are deteriorated.
구체적으로, 상술한 종래기술의 마찰교반용접에 의해 제작된 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임의 경우, 인장시험의 결과 최대 인장강도가 119 내지 137 MPa, 연신율 19 내지 27%로, 모재인 알루미늄합금 판재(1)의 최대인장강도 205MPa, 연신율 41.3%에 비해 현저히 저하되었다.Specifically, in the case of the aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle manufactured by friction stir welding of the prior art described above, as a result of a tensile test, the maximum tensile strength is 119 to 137 MPa, elongation is 19 to 27%, and the base material is aluminum alloy. The maximum tensile strength of the plate 1 was significantly lowered compared to 205 MPa and 41.3% elongation.
또한, 샤르피충격시험(Charpy impact test) 결과, 압출판재의 충격흡수에너지인 13.98J 보다 낮은 파괴인성을 보이는 문제점이 발생하였다.In addition, as a result of the Charpy impact test, there was a problem showing a fracture toughness lower than 13.98J, which is the impact absorption energy of the extruded plate.
또한, 20Hz, 응력비(stress ratio) 0.1 조건의 피로강도 시험 시, 알루미늄 합금 판재의 피로강도 67MPa 에서 1,000,000 cycle이 달성되나, 20 Hz의 60MPa 피로강도에서 1,000,000 cycle의 조건을 달성하지 못하고, 대부분 열영향부(HAZ: Heat Affected Zone)에서 판단이 발생하는 문제점이 발생하였다.In addition, in the fatigue strength test under the condition of 20Hz and stress ratio of 0.1, 1,000,000 cycles were achieved at the fatigue strength of the aluminum alloy plate at 67 MPa, but the condition of 1,000,000 cycles was not achieved at the fatigue strength of 60 MPa at 20 Hz, and most of them were affected by heat. There was a problem that judgment occurred in the heat affected zone (HAZ).
따라서 무거운 중량의 철을 대체하여 가벼운 중량을 가지는 알루미늄 합금(예, Al6603 등) 판재를 마찰교반용접(FSW: Friction Stir Welding)으로 접합하여 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징을 제작하기 위해서는, 마찰교반용접에 의해 접합된 알루미늄 합금 판재의 기계적 특성을 회복시킬 수 있는 새로운 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임의 제작 방법이 요구된다.Therefore, in order to manufacture an aluminum alloy battery housing for an electric vehicle by joining a light weight aluminum alloy (eg Al6603, etc.) plate by friction stir welding (FSW) to replace heavy weight iron, friction stir welding There is a need for a new method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle capable of recovering the mechanical properties of the aluminum alloy plate bonded by the method.
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 마찰교반용접을 수행한 후 후열처리를 수행하여 인장강도(Tensile strength), 파괴인성(toughness) 및 피로특성(fatigue)을 요구 조건에 맞도록 회복시킬 수 있도록 하는 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법 및 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.Accordingly, one embodiment of the present invention for solving the problems of the prior art described above is to improve tensile strength, fracture toughness, and fatigue characteristics by performing post-heat treatment after performing friction stir welding. An object to be solved is to provide a method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle and an aluminum alloy battery housing frame that can be recovered to meet the requirements.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 알루미늄 합금 판재를 마찰교반용접을 수행하여 전기 자동차용 알루미늄합금 배터리 하우징용 프레임을 제작하는 마찰교반용접 단계; 및 상기 마찰교반용접 단계의 상기 마찰교반용접의 수행 후 마다 또는 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임이 제작된 후, 상기 마찰교반용접부의 기계적 특성의 회복을 위해 열처리를 수행하는 후열처리단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작방법을 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the object of the present invention described above, a friction stir welding step of producing a frame for an aluminum alloy battery housing for an electric vehicle by performing friction stir welding of an aluminum alloy plate; And a post-heat treatment step of performing heat treatment to restore mechanical properties of the friction stir welding unit after each friction stir welding in the friction stir welding step or after the aluminum alloy battery housing frame is manufactured. It provides a method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame, characterized in that the.
상기 마찰교반용접 단계는, 회전속도 1000 rpm 내지 2500 rpm, 이송속도 100 mm/min 내지 1500 mm/min의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 한다.The friction stir welding step is characterized in that it is carried out under conditions of a rotation speed of 1000 rpm to 2500 rpm and a feed speed of 100 mm/min to 1500 mm/min.
상기 후열처리단계는, 상기 마찰교반용접에 의해 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 70 ℃ 내지 210 ℃ 범위 내의 특정 온도에서 일정 시간 동안 유지하는 단계일 수 있다.The post-heat treatment step may be a step of maintaining the aluminum alloy battery housing frame manufactured by the friction stir welding at a specific temperature within a range of 70° C. to 210° C. for a predetermined time.
상기 후열처리단계는, 상기 마찰교반용접에 의해 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 70 ℃ 내지 210 ℃ 범위 내에서 복수의 온도 구간으로 분할하여 상기 온도 구간별로 일정 시간 동안 유지하는 단계일 수도 있다.The post-heat treatment step may be a step of dividing the aluminum alloy battery housing frame manufactured by the friction stir welding into a plurality of temperature sections within a range of 70° C. to 210° C. and maintaining each temperature section for a predetermined period of time.
상기 후열처리단계는, 상기 마찰교반용접에 의해 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 70 ℃ 내지 210 ℃ 범위 내에서 순차적으로 높은 온도를 갖는 복수의 온도 구간으로 분할하여, 낮은 온도 구간에 높은 온도 구간으로 가변하며, 상기 온도 구간별로 일정 시간 동안 유지하는 단계일 수도 있다.In the post-heat treatment step, the aluminum alloy battery housing frame manufactured by the friction stir welding is sequentially divided into a plurality of temperature sections having a high temperature within a range of 70° C. to 210° C., and a high temperature section in a low temperature section. And may be maintained for a predetermined period of time for each temperature section.
상기 후열처리단계의 상기 온도 구간별로 유지되는 일정 시간은, 1 내지 18 시간 범위일 수 있다.The predetermined time maintained for each temperature section in the post-heat treatment step may range from 1 to 18 hours.
본 발명의 다른 실시예는, 본 발의 과제를 달성하기 위하여, 상술한 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법에 의해 제작된 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides an aluminum alloy battery housing frame manufactured by the method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle described above in order to achieve the subject of the present invention.
상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부는, 파괴인성(toughness)이 12J 이상인 것을 특징으로 한다.The aluminum alloy battery housing frame friction stir welding portion is characterized in that the fracture toughness (toughness) is 12J or more.
상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부는, 20Hz, 응력비(stress ratio) 0.1 조건의 피로시험 시, 알루미늄 합금 판재의 피로강도 60MPa 에서 1,000,000 cycle을 달성하는 피로강도를 가지는 것을 특징으로 한다.The friction stir welding part of the aluminum alloy battery housing frame is characterized in that it has a fatigue strength that achieves 1,000,000 cycles at a fatigue strength of 60 MPa of an aluminum alloy plate during a fatigue test under a condition of 20 Hz and a stress ratio of 0.1.
상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부는, 최대인장강도가 210 MPa 내지 234Mpa인 것을 특징으로 한다.The aluminum alloy battery housing frame friction stir welding part is characterized in that the maximum tensile strength is 210 MPa to 234 MPa.
상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부는, 크로스 헤드 스피드(cross head speed) 0.5 mm/min 내지 1.5mm/mm 조건의 인장시험에서 연신율이 10 % 내지 20%인 것을 특징으로 한다.The aluminum alloy battery housing frame friction stir welding part is characterized in that the elongation is 10% to 20% in a tensile test under the conditions of a cross head speed of 0.5 mm/min to 1.5 mm/mm.
본 발명의 다른 실시예는 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임들을 마찰교반용접에 의해 접합한 후 상기 마찰교반용접부의 기계적 특성의 회복을 위해 열처리를 수행하거나, 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임들을 반복적인 마찰교반용접을 종료한 후 상기 마찰교반용접부의 기계적 특성의 회복을 위해 열처리를 수행하여 제작된 알루미늄 합금 배터리 하우징을 제공한다.Another embodiment of the present invention is to perform heat treatment to restore the mechanical properties of the friction stir welding portion after joining the aluminum alloy battery housing frames by friction stir welding, or repeatedly friction stir welding the aluminum alloy battery housing frames. After finishing, to provide an aluminum alloy battery housing manufactured by performing heat treatment to recover the mechanical properties of the friction stir welding part.
또한, 본 발명의 다른 실시예는, 제12항의 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징에 전기자동차용 배터리 팩이 장착된 후 밀봉된 전기자동차용 알루미늄 합금 배터리 플랫폼을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention provides an aluminum alloy battery platform for an electric vehicle sealed after the battery pack for an electric vehicle is mounted on the aluminum alloy battery housing of claim 12.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법 및 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임은, 마찰교반용접을 수행한 후 후열처리를 수행하는 것에 의해 제작된 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임의 인장강도(Tensile strength), 파괴인성(toughness) 및 피로특성(fatigue) 등의 물성을 요구 조건에 맞도록 회복시키는 효과를 제공한다.The method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle and the aluminum alloy battery housing frame according to an embodiment of the present invention described above include the aluminum alloy battery housing frame manufactured by performing a post-heat treatment after performing friction stir welding. It provides the effect of recovering physical properties such as tensile strength, fracture toughness, and fatigue properties to meet the required conditions.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법은 종래기술에 비해 마찰교반용접 속도를 빠르게 하는 것에 의해 150% 이상 생산성을 향상시키는 효과를 제공한다.In addition, the method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention provides an effect of improving productivity by 150% or more by increasing the friction stir welding speed compared to the prior art.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 공정을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 단계별 온도 및 열처리 시간 가변에 따른 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부의 미세조직 상태를 나타내는 광학 현미경 사진.
도 5는, (a) 알루미늄 합금 판재(1), (b) 마찰교반용접 된 후의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 및 (c)본 발명의 일 실시예의 후열처리 수행 후의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부의 미세조직 석출 상태를 나타내는 TEM 사진.1 is a flow chart showing a processing process of a method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a manufacturing process of an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of an aluminum alloy battery housing frame according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an optical micrograph showing the microstructure state of the aluminum alloy battery housing frame friction stir welding portion according to the step-by-step temperature and heat treatment time variable according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows (a) an aluminum alloy plate (1), (b) an aluminum alloy battery housing frame after friction stir welding, and (c) an aluminum alloy battery housing frame friction stir welding after performing the post heat treatment of an embodiment of the present invention. TEM photograph showing the state of microstructure precipitation.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, bonded)" with another part, it is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in the middle. "Including the case. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further provided, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예의 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 공정을 나타내는 도면이다.1 is a flow chart showing a process of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention. .
도 1 및 도 2와 같이, 본 발명의 일 실시예의 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법은, 알루미늄 합금 판재(1)를 마찰교반용접을 수행하여 전기 자동차용 알루미늄합금 배터리 하우징 프레임(10)을 제작하는 마찰교반용접 단계(S10) 및 상기 마찰교반용접 단계(S10)에서 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임의 물성 복원을 위한 마찰교반용접 후의 열처리를 수행하는 후열처리단계(S20)를 포함하여 구성되어 본 발명의 일 실시예의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임(10, 도 3 참조)을 제작하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.1 and 2, the method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a friction stir welding of an aluminum alloy plate 1 to provide an aluminum alloy
이때, 상기 후열처리단계(S20)는, 상기 마찰교반용접 단계의 상기 마찰교반용접의 수행 후 마다 반복적으로 또는 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임이 제작된 후 수행될 수 있다.In this case, the post-heat treatment step (S20) may be performed repeatedly after each friction stir welding in the friction stir welding step or after the aluminum alloy battery housing frame is fabricated.
상기 구성에서, 상기 마찰교반용접 단계(S10)는, 회전속도 1000 rpm 내지 2500 rpm, 이송속도 100 mm/min 내지 1500 mm/min의 조건으로 수행되는 것일 수 있다.In the above configuration, the friction stir welding step (S10) may be performed under conditions of a rotation speed of 1000 rpm to 2500 rpm and a feed speed of 100 mm/min to 1500 mm/min.
Mg 및 Si를 함유하는 알루미늄 합금 판재들을 상기 마찰교반용접 단계(S10)를 수행하여 제작된 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임의 경우, 마찰교반용접 중 약, 450 ℃ 이상으로 가열되며, 이에 의해, Mg와 Si로 구성된 강화 석출상이 급격히 고용되어 인장강도, 피로강도 및 파괴강도의 급격한 저하가 발생한다.In the case of the aluminum alloy battery housing frame manufactured by performing the friction stir welding step (S10) of aluminum alloy plates containing Mg and Si, it is heated to about 450°C or higher during friction stir welding, whereby Mg and Si The reinforced precipitated phase composed of is rapidly dissolved, resulting in a rapid decline in tensile strength, fatigue strength and fracture strength.
이에 따라, 상기 후열처리단계(S20)를 수행하는 것에 의해 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부 내에 Mg와 Si로 구성된 강화상을 재석출시켜 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임의 저하된 인장강도, 피로강도 및 파괴강도의 복원을 목적으로 수행한다. 이때, 수행되는 상기 후열처리단계(S20)는, 상기 마찰교반용접에 의해 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 70 ℃ 내지 210 ℃ 범위 내의 특정 온도에서 일정 시간 동안 유지하는 단계일 수 있다. 또한, 상기 후열처리단계(S20)는, 상기 열처리를 1 내지 18 시간 수행하는 단계일 수 있다.Accordingly, by performing the post-heat treatment step (S20), a reinforced phase composed of Mg and Si is re-precipitated in the friction stir welding portion of the aluminum alloy battery housing frame, thereby reducing tensile strength, fatigue strength, and It is carried out for the purpose of restoring the breaking strength. In this case, the post-heat treatment step (S20) performed may be a step of maintaining the aluminum alloy battery housing frame manufactured by the friction stir welding at a specific temperature within a range of 70° C. to 210° C. for a predetermined time. In addition, the post-heat treatment step (S20) may be a step of performing the heat treatment for 1 to 18 hours.
또한, 상기 후열처리단계(S20)는, 상기 마찰교반용접에 의해 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 70 ℃ 내지 210 ℃ 범위 내에서 복수의 온도 구간으로 분할하여 상기 온도 구간별로 일정 시간 동안 유지하는 단계일 수도 있다.In addition, in the post-heat treatment step (S20), the aluminum alloy battery housing frame manufactured by the friction stir welding is divided into a plurality of temperature sections within a range of 70° C. to 210° C. and maintained for a predetermined period of time for each temperature section. It could be a step.
또한, 상기 후열처리단계는, 상기 마찰교반용접에 의해 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 70 ℃ 내지 210 ℃ 범위 내에서 순차적으로 높은 온도를 갖는 복수의 온도 구간으로 분할하여, 낮은 온도 구간에 높은 온도 구간으로 가변하며, 상기 온도 구간별로 일정 시간 동안 유지하는 단계일 수도 있다. 일 예로, 상기 후열처리단계(S20)는, 상기 마찰교반용접에 의해 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임(10)을 170 ℃ 에서 2시간, 190 ℃에서 2시간, 및 210 ℃에서 2시간 등으로 특정 온도 구간에서 특정 시간 동안의 단계별 열처리를 온도를 승온시키면서 순차적으로 수행하는 단계일 수도 있다.In addition, in the post-heat treatment step, the aluminum alloy battery housing frame manufactured by the friction stir welding is sequentially divided into a plurality of temperature sections having a high temperature within a range of 70° C. to 210° C., It is variable to the temperature section, and may be a step of maintaining for a predetermined time for each temperature section. For example, in the post-heat treatment step (S20), the aluminum alloy
상기 후열처리단계의 특정 온도에서 일정 시간 동안 유지하는 시간, 복수의 온도 구간으로 분할한 경우, 상기 온도 구간별 열처리 유지 시간 또는 전체 구간의 열처리 시간은 1 내지 18 시간 범위일 수 있다.When the post-heat treatment step is maintained at a specific temperature for a predetermined period of time or divided into a plurality of temperature sections, the heat treatment maintenance time for each temperature section or the heat treatment time for the entire section may range from 1 to 18 hours.
또한, 본 발명의 일 실시예는 상기 후열처리단계(S20)의 수행 이전에 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임의 저하된 인장강도, 피로강도 및 파괴강도의 복원 효과를 높이기 위해, 상기 마찰교반용접단계(S10)의 수행 직후, -10℃ 내지 10℃에서 30 내지 90초 간 ??칭하는 단계를 더 수행할 수 있다.In addition, an embodiment of the present invention is to increase the restoration effect of the reduced tensile strength, fatigue strength, and fracture strength of the aluminum alloy battery housing frame before the post-heat treatment step (S20) is performed, the friction stir welding step ( Immediately after the performance of S10), a step of performing a step of quenching at -10°C to 10°C for 30 to 90 seconds may be further performed.
상술한 ??칭하는 단계의 수행에 의해, 후열처리단계(S20)의 수행 시 MgSi 강화 석출상 생성 구동력 저하를 방지하는 것에 의해, ??칭하는 단계를 수행하지 않은 경우에 비해 MgSi 강화 석출상의 수밀도를 향상시킬 수 있다.By performing the above-described step, the number density of the MgSi-reinforced precipitated phase is increased compared to the case where the step referred to as the step is not performed by preventing a decrease in the driving force to generate the MgSi-reinforced precipitated phase when performing the post-heat treatment step (S20). Can be improved.
상술한 ??칭하는 단계를 수행한 후 후열처리단계(S20)를 수행한 경우, 경도 또한 가장 크게 상승할 수 있다. 또한, 제작된 전기자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징을 상온에서 유지하여 장시간 경과하는 경우에도, 상술한 ??칭하는 단계를 수행한 후 후열처리단계(S20)를 수행하는 경우가 ??칭하는 단계를 수행하지 않은 경우에 비해 MgSi 강화 석출상의 생성 반응성을 향상시킬 수 있다.When performing the post-heat treatment step (S20) after performing the above-described step, the hardness may also increase the most. In addition, even when the manufactured aluminum alloy battery housing for an electric vehicle is maintained at room temperature for a long time, the post-heat treatment step (S20) after performing the above-described step is not performed. It is possible to improve the reactivity of formation of the MgSi-reinforced precipitated phase compared to the case where it is not.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임(10)의 사시도이다.3 is a perspective view of an aluminum alloy
도 3과 같이, 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임(10)은, 다수의 스트립형 모재인 알루미늄 합금 판재(1)들을 맞댄 후 접합부에서 마찰교반용접(FSW)을 수행하는 것에 의해, 다수의 마찰교반용접부(11)를 가지도록 접합된 후, 상술한 후열처리단계(S20)를 수행하는 것에 의해 제작된다.As shown in Figure 3, the aluminum alloy
도 4는 본 발명의 일 실시예의 단계별 온도 및 열처리 시간 가변에 따른 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부(11)의 미세조직 상태를 나타내는 광학 현미경 사진이고, 도 5는 알루미늄 합금 판재(1), 마찰교반용접 된 후의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부(11) 및 본 발명의 일 실시예의 후열처리 수행 후의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부(11)의 미세조직 석출 상태를 나타내는 TEM 사진이다.FIG. 4 is an optical microscope photograph showing the microstructure of the aluminum alloy battery housing frame friction
도 4에서 (a)는 알루미늄합금 판재의 미세조직, (b)는 마찰교반용접 후의 마찰교반용접부(11)의 미세조직, (c)는 170 ℃에서 2시간 동안 후열처리를 수행한 후의 마찰교반용접부(11)의 미세조직, (d)는 190 ℃에서 2시간 동안 후열처리를 수행한 후의 마찰교반용접부(11)의 미세조직 및 (e)는 210 ℃에서 2시간 동안 후열처리를 수행한 후의 마찰교반용접부(11)의 미세조직을 나타낸다.In Figure 4, (a) is the microstructure of the aluminum alloy plate, (b) is the microstructure of the friction
도 5에서 (a)는 알루미늄 합금 판재(1), (b)는 마찰교반용접 된 후의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부(11) 및 (c)는 본 발명의 일 실시예의 후열처리 수행 후의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 마찰교반용접부(11)의 미세조직 석출 상태를 나타내는 TEM 사진이다.In Figure 5, (a) is an aluminum alloy plate (1), (b) is an aluminum alloy battery housing frame after friction stir welding, friction stir welding parts (11) and (c) are aluminum after heat treatment in an embodiment of the present invention. It is a TEM photograph showing the microstructure precipitation state of the alloy battery housing frame friction
도 5와 같이, 상술한 바와 같이 제작된, 본 발명의 알루미합금 배터리 하우징 프레임(10)은, 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임은 후열처리 과정이 진행될수록 강화 석출상의 형성이 증가하는 것을 알 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임(10)은 저하되었던 물성이 후열처리에 의해 모재인 알루미늄 합금 판재(1)의 물성에 근접한 수준으로 개선된다.As shown in FIG. 5, in the aluminum alloy
구체적으로, 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임(10)은, 후열처리 단계(S20)의 수행에 의해 파괴인성(toughness)이 12J 이상을 가지도록 복구될 수 있다.Specifically, the aluminum alloy
또한, 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임(10)은, 후열처리 단계(S20)의 수행에 의해 20Hz, 응력비(stress ratio) 0.1 조건의 피로시험 시, 알루미늄 합금 판재(1)의 피로강도 60MPa 에서 1,000,000 cycle을 달성하는 피로강도가 복원될 수 있다.In addition, the aluminum alloy
또한, 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임(10)은 후열처리 단계(S20)의 수행에 의해 최대인장강도가 210 MPa 내지 234Mpa로 복구될 수도 있다.In addition, the aluminum alloy
또한, 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임(10)은 후열처리 단계(S20)의 수행에 의해 크로스 헤드 스피드(cross head speed) 0.5 mm/min 내지 1.5mm/mm 조건에서의 연신율이 10 % 내지 20%로 복구될 수도 있다.In addition, the aluminum alloy
상술한 바와 같이 제작된 본 발명의 일 실시예의 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임은, 전기자동차용 배터리 팩이 장착되는 상부가 개방된 상자 및 상부 덮개 등으로 구성되는 알루미늄 합금 배터리 하우징 또는 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징에 전기자동차용 배터리 팩이 장착된 상태로 조립 완료된 전기자동차용 알루미늄 합금 배터리 플랫폼 등으로 제작될 수 있다.The aluminum alloy battery housing frame according to an embodiment of the present invention manufactured as described above is provided in the aluminum alloy battery housing or the aluminum alloy battery housing consisting of an open upper box and an upper cover on which a battery pack for an electric vehicle is mounted. It can be manufactured with an aluminum alloy battery platform for an electric vehicle that has been assembled with a battery pack for an electric vehicle installed.
즉, 본 발명의 다른 실시예는, 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임들을 마찰교반용접에 의해 접합한 후 상기 마찰교반용접부의 기계적 특성의 회복을 위해 열처리를 수행하거나, 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임들을 반복적인 마찰교반용접을 종료한 후 상기 마찰교반용접부의 기계적 특성의 회복을 위해 열처리를 수행하여 제작된 알루미늄 합금 배터리 하우징을 제공한다.That is, in another embodiment of the present invention, after joining the aluminum alloy battery housing frames by friction stir welding, heat treatment is performed to restore the mechanical properties of the friction stir welding portion, or the aluminum alloy battery housing frames are repeatedly After finishing the friction stir welding, heat treatment is performed to restore the mechanical properties of the friction stir welding part to provide an aluminum alloy battery housing manufactured.
또한, 본 발명의 다른 실시예는, 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징에 전기자동차용 배터리 팩이 장착된 후 밀봉된 전기자동차용 알루미늄 합금 배터리 플랫폼을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention provides an aluminum alloy battery platform for an electric vehicle sealed after the battery pack for an electric vehicle is mounted on the aluminum alloy battery housing.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the technical idea of the present invention described above has been specifically described in the preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of explanation and not for the limitation thereof. In addition, those of ordinary skill in the technical field of the present invention will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
1: 알루미늄 합금 판재
10: 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임
11: 마찰교반용접부1: aluminum alloy plate
10: aluminum alloy battery housing frame
11: Friction stir welding part
Claims (13)
상기 마찰교반용접 단계의 상기 마찰교반용접의 수행 후 마다 또는 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임이 제작된 후, 상기 마찰교반용접부의 기계적 특성의 회복을 위해 열처리를 수행하는 후열처리단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작방법.Friction stir welding step of fabricating a frame for an aluminum alloy battery housing for an electric vehicle by performing friction stir welding on the aluminum alloy plate; And
And a post-heat treatment step of performing heat treatment to restore mechanical properties of the friction stir welding unit after each friction stir welding in the friction stir welding step or after the aluminum alloy battery housing frame is manufactured. Aluminum alloy battery housing frame manufacturing method, characterized in that.
회전속도 1000 rpm 내지 2500 rpm, 이송속도 100 mm/min 내지 1500 mm/min의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작방법.The method of claim 1, wherein the friction stir welding step,
A method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame, characterized in that it is carried out under conditions of a rotation speed of 1000 rpm to 2500 rpm and a feed rate of 100 mm/min to 1500 mm/min.
상기 마찰교반용접에 의해 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 70 ℃ 내지 210 ℃ 범위 내의 특정 온도에서 일정 시간 동안 유지하는 단계인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작방법.The method of claim 1, wherein the post-heat treatment step,
The aluminum alloy battery housing frame manufacturing method, characterized in that the step of maintaining the aluminum alloy battery housing frame manufactured by the friction stir welding at a specific temperature within the range of 70 ℃ to 210 ℃ for a certain period of time.
상기 마찰교반용접에 의해 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 70 ℃ 내지 210 ℃ 범위 내에서 복수의 온도 구간으로 분할하여 상기 온도 구간별로 일정 시간 동안 유지하는 단계인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작방법.The method of claim 1, wherein the post-heat treatment step,
The aluminum alloy battery housing frame, characterized in that the step of dividing the aluminum alloy battery housing frame manufactured by the friction stir welding into a plurality of temperature sections within the range of 70° C. to 210° C. and maintaining each temperature section for a predetermined period of time. How to make.
상기 마찰교반용접에 의해 제작된 상기 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 70 ℃ 내지 210 ℃ 범위 내에서 순차적으로 높은 온도를 갖는 복수의 온도 구간으로 분할하여, 낮은 온도 구간에 높은 온도 구간으로 가변하며, 상기 온도 구간별로 일정 시간 동안 유지하는 단계인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작방법.The method of claim 1, wherein the post-heat treatment step,
The aluminum alloy battery housing frame manufactured by the friction stir welding is sequentially divided into a plurality of temperature sections having a high temperature within the range of 70 to 210 °C, and the temperature is varied from a low temperature section to a high temperature section, and the temperature Aluminum alloy battery housing frame manufacturing method, characterized in that the step of maintaining for a certain period of time for each section.
상기 후열처리단계의 상기 온도 구간별로 유지되는 일정 시간은, 1 내지 18 시간 범위인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작방법.The method according to any one of claims 3 to 5,
A method of manufacturing an aluminum alloy battery housing frame, characterized in that the predetermined time maintained for each temperature section in the post-heat treatment step is in the range of 1 to 18 hours.
파괴인성(toughness)이 12J 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임.The method of claim 7,
Aluminum alloy battery housing frame, characterized in that the fracture toughness (toughness) is 12J or more.
크로스 헤드 스피드(cross head speed) 0.5 mm/min 내지 1.5mm/mm 조건의 인장시험에서 연신율이 10 % 내지 20%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임.The method of claim 7,
An aluminum alloy battery housing frame, characterized in that the elongation is 10% to 20% in a tensile test under a cross head speed of 0.5 mm/min to 1.5 mm/mm.
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