新能源动力电池壳、铝合金及其制造方法
阅读说明：本技术 新能源动力电池壳、铝合金及其制造方法 (New energy power battery case, aluminum alloy and manufacturing method thereof ) 是由 曹琦 刘二磊 习博建 马建兵 于 2020-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种新能源动力电池壳、铝合金及其制造方法。其中,该铝合金由以下重量百分比的组分组成：Si：0.17％～0.30％,Fe：0.50％～0.60％,Cu：0.02％～0.08％,Mn：0.90％～1.05％,Mg：0.02％～0.06％,Zn：≤0.05％,Ti：0.015％～0.04％,余量为Al及单个元素小于0.05％、总量小于0.15％的不可避免杂质。本发明提供的铝合金有良好的塑性变形能力且能满足电池壳的深冲性能要求以及表面质量要求。(The invention provides a new energy power battery case, an aluminum alloy and a manufacturing method thereof. Wherein the aluminum alloy comprises the following components in percentage by weight: si: 0.17% -0.30%, Fe: 0.50-0.60%, Cu: 0.02% -0.08%, Mn: 0.90% -1.05%, Mg: 0.02% -0.06%, Zn: less than or equal to 0.05 percent, Ti: 0.015-0.04%, the balance of Al and single elements less than 0.05%, and inevitable impurities with the total amount less than 0.15%. The aluminum alloy provided by the invention has good plastic deformation capability and can meet the requirements of deep drawing performance and surface quality of battery cases.)
技术领域
本发明属于铝合金领域，具体地，涉及一种新能源动力电池壳用铝合金、该铝合金的制造方法以及包括该铝合金的新能源动力电池壳。
背景技术
新能源动力电池被誉为新能源汽车的心脏，其电池壳通常是用铝合金制造的。电池壳在成型过程中，变形量大，且与模具接触时表面不能有划伤。然而，现有的新能源动力电池壳用铝合金的晶粒较大，深冲性能不够，而且成型后外壳表面容易粗糙，外观质量不佳，会增加冲压成型过程中模具的更换频率，降低生产效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新能源动力电池壳用铝合金、该铝合金的制造方法以及包括该铝合金的新能源动力电池壳。
本发明的第一目的是提供一种新能源动力电池壳用铝合金，其由以下重量百分比的组分组成：Si：0.17％～0.30％，Fe：0.50％～0.60％，Cu：0.02％～0.08％，Mn：0.90％～1.05％，Mg：0.02％～0.06％，Zn：≤0.05％，Ti：0.015％～0.04％，余量为Al及单个元素小于0.05％、总量小于0.15％的不可避免杂质。
在本发明的一些实施例中，所述铝合金的延伸率＞40％，杯突值＞12.5mm。
在本发明的一些实施例中，所述铝合金的平均晶粒尺寸＜30μm。
本发明的第二目的是提供一种制造上述铝合金的方法，其包括：
将铸锭进行均匀化；
将均匀化后的铸锭进行热轧，获得热轧坯料；其中所述热轧的开轧温度为550℃～570℃；
将所述热轧坯料进行粗轧，获得粗轧坯料；
将所述粗轧坯料进行精轧，获得铝卷；
将所述铝卷进行连续退火，获得成品。
在本发明的一些实施例中，所述连续退火的退火温度为430℃～460℃，铝卷运行速度为5m/min～7m/min。
在本发明的一些实施例中，所述均匀化的温度为595℃～610℃，保温时间为12h～14h，保温完成后降温至550℃～570℃。
在本发明的一些实施例中，所述热轧的终轧温度为340℃～360℃。
在本发明的一些实施例中，所述铸锭的熔炼温度为740℃～760℃，熔炼时电磁搅拌2～3次，每次10～12min，精炼温度为730℃～750℃，精炼时间为15～20min，铸造温度为695～705℃。
本发明的另一目的是提供一种新能源动力电池壳，其包括上述铝合金。
本发明提供的铝合金有良好的塑性变形能力且能满足电池壳的深冲性能要求以及表面质量要求。本发明采用均匀化后直接热轧的方式，开轧温度550℃以上，终轧温度也相应提高，使材料在热轧结束后的静态再结晶更加充分，组织更加均匀。采用连续退火的方式，材料在再结晶退火过程中，升温速度快，有利于获得细小的等轴晶晶粒。本发明的新能源动力电池壳性能优异。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明一实施例中制造新能源动力电池壳用铝合金的工艺流程图。
图2为本发明一实施例中制造的新能源动力电池壳用铝合金的晶粒组织偏振光图。
图3为本发明一实施例中制造的新能源动力电池壳用铝合金的晶粒组织偏振光图。
图4为本发明一实施例中制造的新能源动力电池壳用铝合金的晶粒组织偏振光图。
图5为本发明一实施例中制造的新能源动力电池壳用铝合金的晶粒组织偏振光图。
图6为本发明一对比例所用的新能源动力电池壳用铝合金的晶粒组织偏振光图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明提供的新能源动力电池壳用铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Si：0.17％～0.30％，Fe：0.50％～0.60％，Cu：0.02％～0.08％，Mn：0.90％～1.05％，Mg：0.02％～0.06％，Zn：≤0.05％，Ti：0.015％～0.04％，余量为Al及单个元素小于0.05％、总量小于0.15％的不可避免杂质。
本发明的新能源动力电池壳用铝合金的延伸率＞40％，杯突值＞12.5mm有良好的塑性变形能力。其晶粒细小均匀，平均晶粒尺寸＜30μm，可使材料具备优良的深冲性能。
本发明提供的制造上述铝合金的方法可包括以下步骤：
(1)将铸锭进行均匀化。
在本发明的一些实施例中，可将铸锭放入均匀化加热炉内进行均匀化。其中，均匀化的温度为595℃～610℃，保温时间为12h～14h，保温完成后降温至550℃～570℃。
(2)将均匀化后的铸锭进行热轧，获得热轧坯料。
在本发明的一些实施例中，热轧的开轧温度为550℃～570℃，终轧温度为340℃～360℃。可在四辊可逆热轧机上进行热轧。
本发明采用均匀化后直接热轧的方式，开轧温度550℃以上，终轧温度也相应提高，使材料在热轧结束后的静态再结晶更加充分，组织更加均匀。
(3)将热轧坯料进行粗轧，获得粗轧坯料。
(4)将粗轧坯料进行精轧，获得铝卷。
在本发明的一些实施例中，可在冷轧机上进行粗轧和精轧。
(5)将铝卷进行连续退火，获得成品。
在本发明的一些实施例中，连续退火的退火温度为430℃～460℃，铝卷运行速度为5m/min～7m/min。
若铝卷的长度为120m，则其在20min左右就可完成连续退火，铝卷在再结晶退火过程中，升温速度很快，这可有利于获得细小的等轴晶晶粒。
在本发明的一些实施例中，在制备铸锭时，熔炼温度为740℃～760℃，熔炼时电磁搅拌2～3次，每次8min～12min，精炼温度为730℃～750℃，精炼时间为15min～20min，铸造温度为695～705℃。
由上述铝合金制造的新能源动力电池壳深冲性能十分优越，成型后外观表面清洁无划痕、无毛刺、清洗后无油污、无铝屑残留。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。
实施例1
本实施例制造一种新能源动力电池壳用铝合金，其组成成分及重量百分比为：Si：0.30％，Fe：0.55％，Cu：0.05％，Mn：1.05％，Mg：0.05％，Zn：0.03％，Ti：0.04％，余量为Al及单个元素小于0.05％、总量小于0.15％的不可避免杂质。
采用图1所示的方法进行制造，具体如下：
(1)铸造：按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内，熔炼温度为760℃，电磁搅拌3次，每次10分钟，精炼温度为750℃，精炼时间为20分钟，铸造温度为705℃。
(2)锯切：将厚度为550mm、宽度1400mm、长度7200mm的铸锭，头部锯切200mm，尾部锯切100mm，锯切后铸锭长度为6900mm，厚度为550mm，宽度为1400mm。
(3)铣面：锯切后的铸锭铣面，单面铣削量10mm，铣面之后铸锭厚度为530mm，宽度为1400mm，长度为6900mm。
(4)均匀化：将铣面后的铸锭放入均匀化加热炉内，均匀化温度为600℃，保温14h，保温结束降温至570℃。
(5)热轧：将均匀化结束的铸锭在四辊可逆热轧机上轧制至8.0mm厚的热轧坯料，开轧温度为570℃，终轧温度360℃。
(6)粗轧：将8.0mm厚度的热轧坯料在冷轧机上经1道次轧制至5.0mm的铝卷。
(7)精轧：将5.0mm的铝卷在冷轧机上，经1道次轧制至3.0mm的铝卷。
(8)连续退火：将3.0mm的铝卷放在连续退火生产线上进行退火，退火温度为460℃，铝卷运行速度为6m/min，获得成品。
图2为本实施例制得的铝合金的晶粒组织偏振光图。其余性能请见表1。
实施例2
本实施例制造一种新能源动力电池壳用铝合金，其组成成分及重量百分比为：Si：0.17％，Fe：0.60％，Cu：0.08％，Mn：0.90％，Mg：0.02％，Zn：0.01％，Ti：0.02％，余量为Al及单个元素小于0.05％、总量小于0.15％的不可避免杂质。
采用图1所示的方法进行制造，具体如下：
(1)铸造：按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内，熔炼温度为740℃，电磁搅拌2次，每次12分钟，精炼温度为730℃，精炼时间为15分钟，铸造温度为695℃。
(2)锯切：将厚度为550mm、宽度1400mm、长度7200mm的铸锭，头部锯切200mm，尾部锯切100mm，锯切后铸锭长度为6900mm，厚度为550mm，宽度为1400mm。
(3)铣面：锯切后的铸锭铣面，单面铣削量10mm，铣面之后铸锭厚度为530mm，宽度为1400mm，长度为6900mm。
(4)均匀化：将铣面后的铸锭放入均匀化加热炉内，均匀化温度为600℃，保温12h，保温结束降温至550℃。
(5)热轧：将均匀化结束的铸锭在四辊可逆热轧机上轧制至8.0mm厚的热轧坯料，开轧温度为550℃，终轧温度340℃。
(6)粗轧：将8.0mm厚度的热轧坯料在冷轧机上经1道次轧制至5.0mm的铝卷。
(7)精轧：将5.0mm的铝卷在冷轧机上，经1道次轧制至3.0mm的铝卷。
(8)连续退火：将3.0mm的铝卷放在连续退火生产线上进行退火，退火温度为430℃，铝卷运行速度为5m/min，获得成品。
图3为本实施例制得的铝合金的晶粒组织偏振光图。其余性能请见表1。
实施例3
本实施例制造一种新能源动力电池壳用铝合金，其组成成分及重量百分比为：Si：0.20％，Fe：0.50％，Cu：0.02％，Mn：0.92％，Mg：0.03％，Zn：0.04％，Ti：0.03％，余量为Al及单个元素小于0.05％、总量小于0.15％的不可避免杂质。
采用图1所示的方法进行制造，具体如下：
(1)铸造：按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内，熔炼温度为750℃，电磁搅拌3次，每次8分钟，精炼温度为740℃，精炼时间为15分钟，铸造温度为700℃。
(2)锯切：将厚度为550mm、宽度1400mm、长度7200mm的铸锭，头部锯切200mm，尾部锯切100mm，锯切后铸锭长度为6900mm，厚度为550mm，宽度为1400mm。
(3)铣面：锯切后的铸锭铣面，单面铣削量10mm，铣面之后铸锭厚度为530mm，宽度为1400mm，长度为6900mm。
(4)均匀化：将铣面后的铸锭放入均匀化加热炉内，均匀化温度为600℃，保温12h，保温结束降温至560℃。
(5)热轧：将均匀化结束的铸锭在四辊可逆热轧机上轧制至8.0mm厚的热轧坯料，开轧温度为560℃，终轧温度350℃。
(6)粗轧：将8.0mm厚度的热轧坯料在冷轧机上经1道次轧制至5.0mm的铝卷。
(7)精轧：将5.0mm的铝卷在冷轧机上，经1道次轧制至3.0mm的铝卷。
(8)连续退火：将3.0mm的铝卷放在连续退火生产线上进行退火，退火温度为450℃，铝卷运行速度为7m/min，获得成品。
图4为本实施例制得的铝合金的晶粒组织偏振光图。其余性能请见表1。
实施例4
本实施例制造一种新能源动力电池壳用铝合金，其组成成分及重量百分比为：Si：0.30％，Fe：0.55％，Cu：0.08％，Mn：1.05％，Mg：0.06％，Ti：0.025％，余量为Al及单个元素小于0.05％、总量小于0.15％的不可避免杂质。
采用图1所示的方法进行制造，具体如下：
(1)铸造：按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内，熔炼温度为740℃，电磁搅拌3次，每次11分钟，精炼温度为730℃，精炼时间为20分钟，铸造温度为700℃。
(2)锯切：将厚度为550mm、宽度1400mm、长度7200mm的铸锭，头部锯切200mm，尾部锯切100mm，锯切后铸锭长度为6900mm，厚度为550mm，宽度为1400mm。
(3)铣面：锯切后的铸锭铣面，单面铣削量10mm，铣面之后铸锭厚度为530mm，宽度为1400mm，长度为6900mm。
(4)均匀化：将铣面后的铸锭放入均匀化加热炉内，均匀化温度为610℃，保温14h，保温结束降温至555℃。
(5)热轧：将均匀化结束的铸锭在四辊可逆热轧机上轧制至8.0mm厚的热轧坯料，开轧温度为555℃，终轧温度345℃。
(6)粗轧：将8.0mm厚度的热轧坯料在冷轧机上经1道次轧制至5.0mm的铝卷。
(7)精轧：将5.0mm的铝卷在冷轧机上，经1道次轧制至3.0mm的铝卷。
(8)连续退火：将3.0mm的铝卷放在连续退火生产线上进行退火，退火温度为455℃，铝卷运行速度为6m/min，获得成品。
图5为本实施例制得的铝合金的晶粒组织偏振光图。其余性能请见表1。
对比例
本对比例为现有的新能源动力电池壳用的铝合金，采用3003合金生产，其组成成分及重量百分比为：
Si：0.52％，Fe：0.49％，Cu：0.11％，Mn：1.15％，Mg：0.008％，Ti：0.034％，余量为Al及单个元素小于0.05％、总量小于0.15％的不可避免杂质。
图6为本对比例的铝合金的晶粒组织偏振光图。其余性能请见表1。
表1各实施例和对比例的铝合金的性能
*外观是将实施例1-4及对比例的铝合金制成电池壳后用肉眼观察壳体表面是否有划痕及壳体底部R角是否光滑。
从图6可见，现有的新能源动力电池壳用铝合金晶粒较大，平均晶粒尺寸＞80μm，而图2-图5所示的本公开的铝合金晶粒细小均匀，平均晶粒尺寸小于30μm。
从表1可知，现有的新能源动力电池壳用铝合金塑性变形能力差、深冲性能不够，且成型后外壳表面有划痕，底部R角粗糙，外观质量不佳。而本发明提供的铝合金延伸率＞40％，杯突值＞12.5mm，有良好的塑性变形能力，深冲性能好，成型后外壳表面、底部R角均光滑，外观质量好，生产过程中修整模具的次数大大减少，从而大大提高生产效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。