一种用于电池壳的镁合金材料
阅读说明：本技术 一种用于电池壳的镁合金材料 (Magnesium alloy material for battery shell ) 是由 王小莹 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电池壳技术领域,提供了一种用于电池壳的镁合金材料,按质量百分比计,该镁合金由以下组分组成：Al 2.5-3.0份；Mn 0.08-1份；RE 0.6-1.5份；Zn 0.6-1.4份；Zr 0.04-0.1份；余量为Mg,还包括电池壳的加工方法,本发明克服了现有技术的不足,设计合理,结构紧凑,解决了现有的铝合金电池密度大,强度低以及部分镁合金电池可塑性差的问题,本发明通过多个配方的组合,通过添加RE、Zr等成分,在降低密度的同时也会提高精细度,还可以提高延展性,方便加工,而且其拉伸、屈服强度适中,导热性能更佳。(The invention relates to the technical field of battery cases, and provides a magnesium alloy material for a battery case, which comprises the following components in percentage by mass: 2.5-3.0 parts of Al; 0.08-1 part of Mn; 0.6-1.5 parts of RE; 0.6-1.4 parts of Zn; 0.04-0.1 part of Zr; the invention overcomes the defects of the prior art, has reasonable design and compact structure, solves the problems of high density, low strength and poor plasticity of partial magnesium alloy batteries of the prior aluminum alloy batteries, improves the fineness while reducing the density by combining a plurality of formulas and adding RE, Zr and other components, can also improve the ductility, is convenient to process, has moderate tensile and yield strength and better heat-conducting property.)
技术领域
本发明涉及电池壳工艺技术领域，具体涉及一种用于电池壳的镁合金材料。
背景技术
众所周知，新能源汽车是将来的发展趋势，而目前新能源汽车还不能完全取代燃油汽车，电池的能量密度低和价格高是目前较大的瓶颈。
而对于电动汽车(EV)的电池，为了降低成本，减轻重量，目前业界大部分是采用的铝壳。其密度较轻，价格相对便宜。
但是，动力电池容量都较大，壳体相应也大，考虑到强度等原因，目前铝壳的壳体壁厚做到0.6mm已经很难继续往轻薄的方向优化了。而这种铝壳结构的动力电池(比如20Ah)，壳体重量占了机构件重量的80％以上。
所以，有必需提供一种密度轻，强度好且能不容易电化学腐蚀的材料取代目前的铝合金。
目前市场上也会采用镁合金替代铝合金，镁合金可比现用的铝合金重量轻30％，而且由于镁合金所固有的减振、降噪和迅速均匀散热的特点，可使汽车整体性能大大提高。
但是作为电池壳在使用时，传统的镁合金也会存在导热效果差，不利于电池的散热，同时延展性差不方便加工，而且密度也会相对较大。
为此，我们提出一种用于电池壳的镁合金材料。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于电池壳的镁合金材料，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，解决了现有的铝合金电池密度大，强度低以及部分镁合金电池可塑性差的问题，本发明通过多个配方的组合，通过添加RE、Zr等成分，在降低密度的同时也会提高精细度，还可以提高延展性，方便加工，而且其拉伸、屈服强度适中，导热性能更佳。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于电池壳的镁合金材料，按质量百分比计，该镁合金由以下组分组成：
Al 2.5-3.0份；
Mn 0.08-1份；
RE 0.6-1.5份；
Zn 0.6-1.4份；
Zr 0.04-0.1份；
余量为Mg。
可选地，所述RE为稀土金属，为是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称。
一种制备镁合金电池壳的方法，包括以下步骤：
步骤一、将纯Mg锭、纯Zn锭、纯Al锭、Mn、RE和Zr粉为原料，按上述镁合金成分的质量百分比配料；
步骤二、将纯Mg锭置于熔化炉坩埚内，通入SF6+N2保护气体，在保护气体的保护下完全熔化，炉温设定800℃；
步骤三、将纯Zn锭、纯Al锭、RE和Zr粉在300℃烘干后，依次缓慢加入坩埚内充分熔解；
步骤四、待加入的物料完全熔化后，升温至750℃，每间隔15分钟搅拌一次，使物料在坩埚内混合分布均匀，总搅拌时间1小时；
步骤五、混合熔体稳定在710℃开启精炼工步，将精炼剂分3次加入，充分搅拌的同时通入氩气，使熔体翻滚与精炼剂充分接触，精炼时间0.5h-1h；
步骤六、精炼结束后打捞干净浮渣，430℃静置2h，打捞浮渣并浇注光谱试样进行炉前分析，调整混合熔体组分直至达到本实施例所述镁合金的成分和含量；
步骤七、将成分达标的镁合金熔液浇注到金属型模具中，铸造成型所需要的铸件。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种用于电池壳的镁合金材料。具备以下有益效果：通过采用本发明的镁合金配方，测得该镁合金的导热系数90-104W·(m·K)-1，本发明的镁合金的密度只有1.75～1.95g/cm3，小于现有动力电池壳体的铝合金Al3003密度为2.7g/cm3；抗拉强度250-290MPa，屈服强度150-180MPa，延伸率7-12％，48h标准中性盐雾腐蚀试验等级8-11级，具有很强的实用性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
一种用于电池壳的镁合金材料，按质量百分比计，该镁合金由以下组分组成：Al2.5-3.0份；
Mn 0.08-1份；Mn能够提高抗氧化效果；
RE 0.6-1.5份，RE为稀土金属，为是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，在电池壳中添加稀土能够提高电池壳的延展性，提高可塑效果。
Zn 0.6-1.4份；添加锌能够提高抗腐蚀效果以及抗拉效果。
Zr 0.04-0.1份；Zr能够增加电池壳的细度，从而提高延展性和强度，但是如果Zr含量太高则会影响加工的可塑性；
余量为Mg。
通过上述的组合，能够实现镁合金在电池壳中独特的应用，无论是散热、电池壳的密度、抗拉效果、屈服效果、延展性、以及抗氧化效果都有不同程度的影响。
采用上述组分制造的镁合金电池壳包括以下步骤：
步骤一、将纯Mg锭、纯Zn锭、纯Al锭、Mn、RE和Zr粉为原料，按上述镁合金成分的质量百分比配料。
步骤二、将纯Mg锭置于熔化炉坩埚内，通入SF6+N2保护气体，在保护气体的保护下完全熔化，炉温设定800℃。
步骤三、将纯Zn锭、纯Al锭、RE和Zr粉在300℃烘干后，依次缓慢加入坩埚内充分熔解。
步骤四、待加入的物料完全熔化后，升温至750℃，每间隔15分钟搅拌一次，使物料在坩埚内混合分布均匀，总搅拌时间1小时。
步骤五、混合熔体稳定在710℃开启精炼工步，将精炼剂分3次加入，充分搅拌的同时通入氩气，使熔体翻滚与精炼剂充分接触，精炼时间0.5h-1h。
步骤六、精炼结束后打捞干净浮渣，430℃静置2h，打捞浮渣并浇注光谱试样进行炉前分析，调整混合熔体组分直至达到本实施例所述镁合金的成分和含量。
步骤七、将成分达标的镁合金熔液浇注到金属型模具中，铸造成型所需要的铸件。
在20℃条件下，测得该镁合金的导热系数90-104W·(m·K)-1，本发明的镁合金的密度只有1.75～1.95g/cm3，小于现有动力电池壳体的铝合金Al3003密度为2.7g/cm3；抗拉强度250-290MPa，屈服强度150-180MPa，延伸率7-12％，48h标准中性盐雾腐蚀试验等级8-11级。
实施例1
一种用于电池壳的镁合金材料，按质量百分比计，该镁合金由以下组分组成：
Al 2.7份；
Mn 0.35份；
RE 0.68份；
Zn 0.8份；
Zr 0.07份；
余量为Mg。
采用上述组分制造的镁合金电池壳包括以下步骤：
步骤一、将纯Mg锭、纯Zn锭、纯Al锭、Mn、RE和Zr粉为原料，按上述镁合金成分的质量百分比配料。
步骤二、将纯Mg锭置于熔化炉坩埚内，通入SF6+N2保护气体，在保护气体的保护下完全熔化，炉温设定800℃。
步骤三、将纯Zn锭、纯Al锭、RE和Zr粉在300℃烘干后，依次缓慢加入坩埚内充分熔解。
步骤四、待加入的物料完全熔化后，升温至750℃，每间隔15分钟搅拌一次，使物料在坩埚内混合分布均匀，总搅拌时间1小时。
步骤五、混合熔体稳定在710℃开启精炼工步，将精炼剂分3次加入，充分搅拌的同时通入氩气，使熔体翻滚与精炼剂充分接触，精炼时间0.5h-1h。
步骤六、精炼结束后打捞干净浮渣，430℃静置2h，打捞浮渣并浇注光谱试样进行炉前分析，调整混合熔体组分直至达到本实施例所述镁合金的成分和含量。
步骤七、将成分达标的镁合金熔液浇注到金属型模具中，铸造成型所需要的铸件。
在20℃条件下，测得该镁合金的导热系数大于103W·(m·K)-1，本发明的镁合金的密度只有1.75g/cm3，小于现有动力电池壳体的铝合金Al3003密度为2.7g/cm3。抗拉强度270MPa，屈服强度160MPa，延伸率10％，48h标准中性盐雾腐蚀试验等级10级。
实施例2
一种用于电池壳的镁合金材料，按质量百分比计，该镁合金由以下组分组成：Al2.5份；
Mn 0.08份；
RE 0.6份；
Zn 0.6份；
Zr 0.04份；
余量为Mg。
采用上述组分制造的镁合金电池壳包括以下步骤：
步骤一、将纯Mg锭、纯Zn锭、纯Al锭、Mn、RE和Zr粉为原料，按上述镁合金成分的质量百分比配料。
步骤二、将纯Mg锭置于熔化炉坩埚内，通入SF6+N2保护气体，在保护气体的保护下完全熔化，炉温设定800℃。
步骤三、将纯Zn锭、纯Al锭、RE和Zr粉在300℃烘干后，依次缓慢加入坩埚内充分熔解。
步骤四、待加入的物料完全熔化后，升温至750℃，每间隔15分钟搅拌一次，使物料在坩埚内混合分布均匀，总搅拌时间1小时。
步骤五、混合熔体稳定在710℃开启精炼工步，将精炼剂分3次加入，充分搅拌的同时通入氩气，使熔体翻滚与精炼剂充分接触，精炼时间0.5h-1h。
步骤六、精炼结束后打捞干净浮渣，430℃静置2h，打捞浮渣并浇注光谱试样进行炉前分析，调整混合熔体组分直至达到本实施例所述镁合金的成分和含量。
步骤七、将成分达标的镁合金熔液浇注到金属型模具中，铸造成型所需要的铸件。
在20℃条件下，测得该镁合金的导热系数大于100W·(m·K)-1，本发明的镁合金的密度只有1.75g/cm3，小于现有动力电池壳体的铝合金Al3003密度为2.7g/cm3。抗拉强度260MPa，屈服强度155MPa，延伸率10％，48h标准中性盐雾腐蚀试验等级8级。
实施例3
一种用于电池壳的镁合金材料，按质量百分比计，该镁合金由以下组分组成：Al2.5份；
Mn 0.08份；
RE 0.6份；
Zn 0.6份；
Zr 0.1份；
余量为Mg。
采用上述组分制造的镁合金电池壳包括以下步骤：
步骤一、将纯Mg锭、纯Zn锭、纯Al锭、Mn、RE和Zr粉为原料，按上述镁合金成分的质量百分比配料。
步骤二、将纯Mg锭置于熔化炉坩埚内，通入SF6+N2保护气体，在保护气体的保护下完全熔化，炉温设定800℃。
步骤三、将纯Zn锭、纯Al锭、RE和Zr粉在300℃烘干后，依次缓慢加入坩埚内充分熔解。
步骤四、待加入的物料完全熔化后，升温至750℃，每间隔15分钟搅拌一次，使物料在坩埚内混合分布均匀，总搅拌时间1小时。
步骤五、混合熔体稳定在710℃开启精炼工步，将精炼剂分3次加入，充分搅拌的同时通入氩气，使熔体翻滚与精炼剂充分接触，精炼时间0.5h-1h。
步骤六、精炼结束后打捞干净浮渣，430℃静置2h，打捞浮渣并浇注光谱试样进行炉前分析，调整混合熔体组分直至达到本实施例所述镁合金的成分和含量。
步骤七、将成分达标的镁合金熔液浇注到金属型模具中，铸造成型所需要的铸件。
在20℃条件下，测得该镁合金的导热系数大于102W·(m·K)-1，本发明的镁合金的密度只有1.8g/cm3，小于现有动力电池壳体的铝合金Al3003密度为2.7g/cm3。抗拉强度280MPa，屈服强度210MPa，延伸率8％，48h标准中性盐雾腐蚀试验等级11级。
实施例4
一种用于电池壳的镁合金材料，按质量百分比计，该镁合金由以下组分组成：Al3.0份；
Mn 1份；
RE 1.5份；
Zn 1.4份；
Zr 0.1份；
余量为Mg。
采用上述组分制造的镁合金电池壳包括以下步骤：
步骤一、将纯Mg锭、纯Zn锭、纯Al锭、Mn、RE和Zr粉为原料，按上述镁合金成分的质量百分比配料。
步骤二、将纯Mg锭置于熔化炉坩埚内，通入SF6+N2保护气体，在保护气体的保护下完全熔化，炉温设定800℃。
步骤三、将纯Zn锭、纯Al锭、RE和Zr粉在300℃烘干后，依次缓慢加入坩埚内充分熔解。
步骤四、待加入的物料完全熔化后，升温至750℃，每间隔15分钟搅拌一次，使物料在坩埚内混合分布均匀，总搅拌时间1小时。
步骤五、混合熔体稳定在710℃开启精炼工步，将精炼剂分3次加入，充分搅拌的同时通入氩气，使熔体翻滚与精炼剂充分接触，精炼时间0.5h-1h。
步骤六、精炼结束后打捞干净浮渣，430℃静置2h，打捞浮渣并浇注光谱试样进行炉前分析，调整混合熔体组分直至达到本实施例所述镁合金的成分和含量。
步骤七、将成分达标的镁合金熔液浇注到金属型模具中，铸造成型所需要的铸件。
在20℃条件下，测得该镁合金的导热系数大于92W·(m·K)-1，本发明的镁合金的密度只有1.95g/cm3，小于现有动力电池壳体的铝合金Al3003密度为2.7g/cm3。抗拉强度285MPa，屈服强度180MPa，延伸率8％，48h标准中性盐雾腐蚀试验等级10级。
实施例5
一种用于电池壳的镁合金材料，按质量百分比计，该镁合金由以下组分组成：Al2.7份；
Mn 0.35份；
RE 1.5份；
Zn 0.8份；
Zr 0.07份；
余量为Mg。
采用上述组分制造的镁合金电池壳包括以下步骤：
步骤一、将纯Mg锭、纯Zn锭、纯Al锭、Mn、RE和Zr粉为原料，按上述镁合金成分的质量百分比配料。
步骤二、将纯Mg锭置于熔化炉坩埚内，通入SF6+N2保护气体，在保护气体的保护下完全熔化，炉温设定800℃。
步骤三、将纯Zn锭、纯Al锭、RE和Zr粉在300℃烘干后，依次缓慢加入坩埚内充分熔解。
步骤四、待加入的物料完全熔化后，升温至750℃，每间隔15分钟搅拌一次，使物料在坩埚内混合分布均匀，总搅拌时间1小时。
步骤五、混合熔体稳定在710℃开启精炼工步，将精炼剂分3次加入，充分搅拌的同时通入氩气，使熔体翻滚与精炼剂充分接触，精炼时间0.5h-1h。
步骤六、精炼结束后打捞干净浮渣，430℃静置2h，打捞浮渣并浇注光谱试样进行炉前分析，调整混合熔体组分直至达到本实施例所述镁合金的成分和含量。
步骤七、将成分达标的镁合金熔液浇注到金属型模具中，铸造成型所需要的铸件。
在20℃条件下，测得该镁合金的导热系数大于100W·(m·K)-1，本发明的镁合金的密度只有1.75g/cm3，小于现有动力电池壳体的铝合金Al3003密度为2.7g/cm3。抗拉强度250MPa，屈服强度150MPa，延伸率12％，48h标准中性盐雾腐蚀试验等级9级。
实施例6
一种用于电池壳的镁合金材料，按质量百分比计，该镁合金由以下组分组成：Al2.7份；
Mn 0.35份；
RE 0.4份；
Zn 0.8份；
Zr 0.07份；
余量为Mg。
采用上述组分制造的镁合金电池壳包括以下步骤：
步骤一、将纯Mg锭、纯Zn锭、纯Al锭、Mn、RE和Zr粉为原料，按上述镁合金成分的质量百分比配料。
步骤二、将纯Mg锭置于熔化炉坩埚内，通入SF6+N2保护气体，在保护气体的保护下完全熔化，炉温设定800℃。
步骤三、将纯Zn锭、纯Al锭、RE和Zr粉在300℃烘干后，依次缓慢加入坩埚内充分熔解。
步骤四、待加入的物料完全熔化后，升温至750℃，每间隔15分钟搅拌一次，使物料在坩埚内混合分布均匀，总搅拌时间1小时。
步骤五、混合熔体稳定在710℃开启精炼工步，将精炼剂分3次加入，充分搅拌的同时通入氩气，使熔体翻滚与精炼剂充分接触，精炼时间0.5h-1h。
步骤六、精炼结束后打捞干净浮渣，430℃静置2h，打捞浮渣并浇注光谱试样进行炉前分析，调整混合熔体组分直至达到本实施例所述镁合金的成分和含量。
步骤七、将成分达标的镁合金熔液浇注到金属型模具中，铸造成型所需要的铸件。
在20℃条件下，测得该镁合金的导热系数大于104W·(m·K)-1，本发明的镁合金的密度只有1.75g/cm3，小于现有动力电池壳体的铝合金Al3003密度为2.7g/cm3。抗拉强度290MPa，屈服强度180MPa，延伸率7％，48h标准中性盐雾腐蚀试验等级9级。
密度测量方法：取10x10x1mm的片材，计算出其体积为100mm3，即0.1cm3。然后用电子称称重量，通过重量除以体积即可得出密度。
拉伸强度检测方法：取50(长)x12.5(宽)x1(厚)mm片材，把片材长度方向两端分别固定于拉力计两头，拉力计一头固定，另一头可以给片材施加力F(单位：N)，直至片材拉断。而拉断面截面积S＝12.5x1＝12.5mm2。拉伸强度σ＝F/S。
综合实施例1-6得出下表数据，根据表给可知，当
Al 2.7份；
Mn 0.35份；
RE 0.68份；
Zn 0.8份；
Zr 0.07份；
余量为Mg。
其各项指标最优，在作为电池壳时具备良好的散热效果，同时可塑性强，便于加工，而且耐腐蚀效果更加。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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