具体实施方式

本发明提供了一种铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，包括以下元素：

Cu 0.10～0.18％、Fe 0.33～0.38％、Mn 1.05～1.10％、Si 0.06～0.18％、Mg0.10～0.20％、Zr 0.04～0.07％、Cr 0.03～0.05％、Ti≤0.03％、余量的Al和不可避免的杂质；

Mn与Fe的质量比为(2.8～3.2)：1，Mn与Fe的总含量≤1.45wt.％。

以质量百分含量计，本发明所述铝合金包括0.10～0.18％的Cu，优选为0.11～0.17％，更优选为0.12～0.16％。在本发明中，Cu具有固溶强化的作用，有利于提高铝合金的强度；Cu控制在含量范围内，有利于保证铝合金的强度，同时避免铝合金挤压变形抗力大，防止挤压性能的恶化。

以质量百分含量计，本发明所述铝合金包括0.33～0.38％的Fe，优选为0.335～0.375％，更优选为0.34～0.37％。在本发明中，Fe有利于形成(FeMn)Al₆相，可有效细化铝合金晶粒。

以质量百分含量计，本发明所述铝合金包括1.05～1.10％的Mn，优选为1.055～1.095％，更优选为1.06～1.09％。在本发明中，Mn为主合金元素，Mn与Al形成MnAl₆相，而且Mn的添加有利于Fe相硬质颗粒球化，有利于提高合金的挤压加工性能；将Mn控制在1.05～1.10wt.％，有利于提高铝合金塑性、焊接性、耐热性和耐腐蚀性，同时避免挤压变形抗力大，防止挤压性能的严重恶化。

以质量百分含量计，本发明所述铝合金包括0.06～0.18％的Si，优选为0.07～0.17％，更优选为0.08～0.16％。在本发明中，Si具有固溶强化的作用，Al、Si和Mn可以形成三元相Al₁₂Mn₃Si₂，当三元相Al₁₂Mn₃Si₂溶解Fe后会形成四元相AlFeMnSi。

以质量百分含量计，本发明所述铝合金包括0.10～0.20％的Mg，优选为0.11～0.19％，更优选为0.12～0.18％。在本发明中，Mg具有固溶强化的作用，有利于细化铝合金的晶粒度和提高强度；而且，Si和Mg可析出Mg₂Si强化相，有利于增强铝合金的强度；将Si和Mg控制在相应的含量范围内，有利于保证铝合金的强度，同时避免铝合金挤压变形抗力大，防止挤压性能的恶化，还可以保证形成Mg₂Si强化相，避免削弱Fe的有利影响。

以质量百分含量计，本发明所述铝合金包括0.04～0.07％的Zr，优选为0.045～0.065％，更优选为0.05～0.06％。在本发明中，Zr是铝合金的微合金化元素，由Zr与Al形成的AlZr₃，是热力学稳定的微细弥散相，有利于抑制铝合金的再结晶和晶粒长大；控制Zr的含量，有利于确保铝合金具有纤维晶组织，防止形成粗大再结晶组织和纤维晶组织共存的混合晶粒组织，避免铝合金的强度和挤压性能的恶化。

以质量百分含量计，本发明所述铝合金包括0.03～0.05％的Cr，优选为0.033～0.048％，更优选为0.035～0.045％。在本发明中，Cr是铝合金的微合金化元素，由Cr与Al形成的AlCr₇，是热力学稳定的微细弥散相，有利于抑制铝合金的再结晶和晶粒长大。控制Cr的含量，有利于确保铝合金具有纤维晶组织，防止形成粗大再结晶组织和纤维晶组织共存的混合晶粒组织，避免铝合金的强度和挤压性能的恶化。

以质量百分含量计，本发明所述铝合金包括Ti≤0.03％，优选为0.001～0.028％，更优选为0.01～0.02％。在本发明中，Ti有利于铸造晶粒的细化。

以质量百分含量计，本发明所述铝合金包括余量的Al和不可避免的杂质。

在本发明中，Al为基体合金元素。

在本发明中，以质量百分含量计，所述不可避免的杂质中单个元素的含量优选≤0.05％，更优选≤0.03％，再优选≤0.01％；所述不可避免的杂质的总含量优选≤0.15％，更优选≤0.1％，再优选≤0.05％。在本发明中，所述不可避免的杂质优选包括V、Ca和Na中的一种或多种。

在本发明中，所述Mn与Fe的质量比为(2.8～3.2)：1，优选为(2.85～3.15)：1，更优选为(2.9～3.1)：1；Mn与Fe的总含量优选≤1.45wt.％，更优选≤1.40％。本发明中控制Mn和Fe的含量关系，有利于避免形成大量粗大片状(FeMn)Al₆，防止铝合金延展性的降低，还有利于平衡铝合金的强度与挤压性之间的关系，满足薄壁方形壳体型材对强度和挤压性能的需求。

在本发明中，所述铝合金的抗拉强度优选为180～200MPa。在本发明中，所述铝合金在挤压条件下：极限壁厚优选为0.55mm，方形断面型材的极限外接圆直径优选为140mm。在本发明中，所述铝合金在拉拔条件下：极限壁厚优选为0.4mm，方形断面型材的极限外接圆直径优选为138.5mm。

本发明还提供了上述技术方案所述铝合金的制备方法，包括以下步骤：

将合金原料依次进行熔炼和铸造，得到铝合金铸锭；

将所述铝合金铸锭依次进行均匀化处理、挤压处理、淬火、时效处理和冷拔，得到所述铝合金。

图1为本发明中铝合金的制备方法流程图，下面结合图1对本发明提供的铝合金的制备方法进行详细说明。

本发明将合金原料依次进行熔炼和铸造，得到铝合金铸锭。

本发明对所述合金原料没有特殊限定，采用任意能够满足所述薄壁方形壳体用铝合金元素组成的合金原料即可。

在本发明中，所述熔炼的温度优选为740～780℃，更优选为750～760℃；熔炼的时间优选为2～4h，更优选为2～3h。在本发明中，所述熔炼的设备优选为倾动式熔化炉。

在本发明中，所述铸造的温度优选为690～740℃，更优选为700～720℃。

得到铝合金铸锭后，本发明将所述铝合金铸锭依次进行均匀化处理、挤压处理、淬火、时效处理和冷拔，得到所述薄壁方形壳体用铝合金。

本发明将所述铝合金铸锭进行均匀化处理，得到均匀化铸锭。

在本发明中，所述均匀化处理优选包括依次进行的第一均匀化处理、第二均匀化处理和第三均匀化处理。在本发明中，所述均匀化处理有利于消除铸锭内部合金元素的宏微观偏析，使合金元素和粗大化合物充分固溶，同时形成细小弥散体。

在本发明中，所述第一均匀化处理的保温温度优选为520～540℃，更优选为525～535℃；保温时间优选为2～4h，更优选为2.5～3.5h。在本发明中，所述第一均匀化处理的保温温度优选由室温升温得到；所述升温的速率优选为2～5℃/min，更优选为3～4℃/min。在本发明中，所述第一均匀化处理有利于完全消除铸锭内部Si、Mg、Cu元素的宏微观偏析。

在本发明中，所述第二均匀化处理的保温温度优选为580～600℃，更优选为585～595℃；保温时间优选为6～10h，更优选为6.5～9.5h。在本发明中，所述第二均匀化处理的保温温度优选由第一均匀化处理的保温温度升温得到；所述升温的速率优选为2～5℃/min，更优选为3～4℃/min。在本发明中，所述第二均匀化处理有利于促进Fe相球化以及将第一均匀化处理析出的高温析出相重新固溶，为后续第三阶段析出做准备。

在本发明中，所述第三均匀化处理的保温温度优选为460～480℃，更优选为465～475℃；保温时间优选为2～4h，更优选为2.5～3.5h。在本发明中，所述第三均匀化处理的保温温度优选由第二均匀化处理的保温温度降温得到；所述降温的速率优选为0.5～2℃/min，更优选为1～1.5℃/min。在本发明中，所述第三均匀化处理有利于保证高温析出相AlCr7、AlZr3、MnAl₆充分而细小地弥散析出。在本发明中，如果均匀化处理的参数不在本发明所述的参数范围内，会导致铝合金变形抗力过大，挤压困难，且后续的挤压处理工序会形成纤维晶和粗大晶粒共存的混合晶状态，极大影响铝合金产品的强度。

第三均匀化处理后，本发明优选将所得的均匀化铸锭冷却至室温；所述冷却优选为空冷。

得到均匀化铸锭后，本发明将所述均匀化铸锭依次进行挤压处理和淬火，得到变形铝合金。

在本发明中，所述挤压处理的温度优选为460～520℃，更优选为465～515℃。在本发明中，所述挤压处理的温度优选由室温升温得到；本发明对所述升温的速率没有特殊限定，采用任意升温速率均可。在本发明中，所述挤压处理的挤压比优选为30～150，更优选为40～80。在本发明中，所述挤压处理的设备优选为正向单动挤压机。在本发明中，所述挤压处理有利于实现合金强化相固溶，而且挤压处理结合挤压模具可以获得产品雏形，有利于实现精准的工艺控制。

在本发明中，所述淬火优选为在线风冷淬火。在本发明中，所述淬火的冷却速率优选≥100℃/min，更优选为100～120℃/min。在本发明中，所述淬火有利于Mg和Si以过饱和固溶体形式保留在产品中。

得到变形铝合金后，本发明将所述变形铝合金进行时效处理，得到时效铝合金。

在本发明中，所述时效处理的保温温度优选为150～170℃，更优选为155～165℃；保温时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h。在本发明中，所述时效处理的温度优选由室温升温得到；所述升温的速率优选为3～10℃/min，更优选为7～10℃/min。在本发明中，所述时效处理有助于使铝合金中的强化相(Mg₂Si)析出，提高铝合金的强度；在本发明所述时效处理的条件范围内，有利于同时保证铝合金强度和拉拔能力，防止铝合金强度降低或拉拔困难的发生。

得到时效铝合金后，本发明将所述时效铝合金进行拉拔，得到所述铝合金。

在本发明中，所述冷拔优选为一次冷拔。在本发明中，所述冷拔的变形量优选为15～30％，更优选为18～28％。在本发明中，所述拉拔有利于配合时效处理，协同提高铝合金的强度、挤压性能和拉拔性能；同时有利于保证铝合金的薄壁方形壳体的成型性能。

本发明还提供了上述技术方案所述铝合金或上述技术方案所述制备方法制备的铝合金作为薄壁方形壳体型材在电池外壳中的应用。

在本发明中，所述应用优选为将所述铝合金直接作为型材合金，进行薄壁方形壳体型材的成型，并将成型所得薄壁方形壳体型材作为电池外壳。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种铝合金及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。显然，所描述的实施例仅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做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。

实施例1

按质量百分含量计，设计铝合金的元素组成为Cu 0.10％、Fe 0.33％、Mn 1.05％、Si 0.06％、Mg 0.10％、Zr 0.04％、Cr 0.03％、Ti 0.02％、余量的Al和不可避免的杂质；不可避免的杂质中单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；

铝合金的制备：将符合设计元素组成的合金原料在750℃下熔炼3h，将所得的熔液在710℃下进行铸造，得到铝合金铸锭；

将所述铝合金铸锭以3.5℃/min的速率升温至530℃，并在530℃下保温3h，然后以3.5℃/min的速率升温至580℃，并在580℃下保温8h，再以1.0℃/min的速率降温至460℃，并在460℃下保温2h，空冷至室温，得到均匀化铸锭；然后将所得的均匀化铸锭加热至480℃后进行挤压，挤压比为50，然后以冷却速率为100℃/min进行在线风冷淬火，得到变形铝合金；将所得的变形铝合金以5℃/min的速率加热至150℃，并在150℃下保温2h进行时效处理，得到时效铝合金；将所得的时效铝合金进行变形量为25％的一次冷拔，得到所述铝合金。

对实施例1所得的铝合金进行金相显微镜观察，所得金相图见图2。对实施例1所得铝合金进行电子背散射衍射测试，所得EBSD照片见图3。由图2～3可见，本发明提供的铝合金晶粒细小，具有纤维晶组织。

对实施例1所得铝合金进行扫描电子显微镜测试，所得SEM图见图4。由图4可见，本发明提供的铝合金中，不可溶初生第二相(图中球化白色颗粒)细小弥散，无可溶第二相MgSi，高温析出相AlCr₇、AlZr₃和MnAl₆均匀弥散分布。

对图4中“谱图1”位点进行X射线能谱分析，所得EDS图见图5。由图5可见，图4的“谱图1”位点主要含有Mn和Al，形成了MnAl₆析出相。

实施例2

按质量百分含量计，设计铝合金的元素组成为Cu 0.18％、Fe 0.38％、Mn 1.10％、Si 0.18％、Mg 0.20％、Zr 0.07％、Cr 0.05％、Ti 0.02％、余量的Al和不可避免的杂质；不可避免的杂质中单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；

铝合金的制备：将符合设计元素组成的合金原料在760℃下熔炼3h，将所得的熔液在710℃下进行铸造，得到铝合金铸锭；

将所述铝合金铸锭以3.5℃/min的速率升温至530℃，并在530℃下保温3h，然后以3.5℃/min的速率升温至580℃，并在580℃下保温8h，再以1.0℃/min的速率降温至460℃，并在460℃下保温2h，空冷至室温，得到均匀化铸锭；然后将所得的均匀化铸锭加热至480℃后进行挤压，挤压比为40，然后以冷却速率为100℃/min进行在线风冷淬火，得到变形铝合金；将所得的变形铝合金以5℃/min的速率加热至150℃，并在150℃下保温2h进行时效处理，得到时效铝合金；将所得的时效铝合金进行变形量为25％的一次冷拔，得到所述铝合金。

实施例3

按质量百分含量计，设计铝合金的元素组成为Cu 0.15％、Fe 0.38％、Mn 1.07％、Si 0.10％、Mg 0.17％、Zr 0.05％、Cr 0.05％、Ti 0.02％、余量的Al和不可避免的杂质；不可避免的杂质中单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；

铝合金的制备：将符合设计元素组成的合金原料在750℃下熔炼3h，将所得的熔液在710℃下进行铸造，得到铝合金铸锭；

将所述铝合金铸锭以3℃/min的速率升温至530℃，并在530℃下保温3h，然后以3℃/min的速率升温至580℃，并在580℃下保温8h，再以0.8℃/min的速率降温至460℃，并在460℃下保温2h，空冷至室温，得到均匀化铸锭；然后将所得的均匀化铸锭加热至480℃后进行挤压，挤压比为30，然后以冷却速率为100℃/min进行在线风冷淬火，得到变形铝合金；将所得的变形铝合金以5℃/min的速率加热至150℃，并在150℃下保温2h进行时效处理，得到时效铝合金；将所得的时效铝合金进行变形量为25％的一次冷拔，得到所述铝合金。

实施例4

按质量百分含量计，设计铝合金的元素组成为Cu 0.12％、Fe 0.34％、Mn 1.05％、Si 0.09％、Mg 0.16％、Zr 0.04％、Cr 0.03％、Ti 0.02％、余量的Al和不可避免的杂质；不可避免的杂质中单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；

铝合金的制备：将符合设计元素组成的合金原料在760℃下熔炼4h，将所得的熔液在720℃下进行铸造，得到铝合金铸锭；

将所述铝合金铸锭以3.5℃/min的速率升温至530℃，并在530℃下保温3h，然后以3.5℃/min的速率升温至580℃，并在580℃下保温8h，再以1.0℃/min的速率降温至460℃，并在460℃下保温2h，空冷至室温，得到均匀化铸锭；然后将所得的均匀化铸锭加热至480℃后进行挤压，挤压比为50，然后以冷却速率为100℃/min进行在线风冷淬火，得到变形铝合金；将所得的变形铝合金以5℃/min的速率加热至150℃，并在150℃下保温2h进行时效处理，得到时效铝合金；将所得的时效铝合金进行变形量为25％的一次冷拔，得到所述铝合金。

对比例1

按质量百分含量计，设计铝合金的元素组成为Cu 0.15％、Fe 0.30％、Mn 1.06％、Si 0.10％、Mg 0.17％、Zr 0.02％、Cr 0.02％、Ti 0.02％、余量的Al和不可避免的杂质；不可避免的杂质中单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；

铝合金的制备方法与实施例1一致，得到铝合金。

对比例2

按质量百分含量计，设计铝合金的元素组成为Cu 0.15％、Fe 0.38％、Mn 1.07％、Si 0.10％、Mg 0.17％、Zr 0.05％、Cr 0.05％、Ti 0.02％、余量的Al和不可避免的杂质；不可避免的杂质中单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；

铝合金的制备方法中，均匀处理为：将铝合金铸锭以3℃/min的速率升温至530℃，并在530℃下保温3h，然后以3℃/min的速率升温至580℃，并在580℃下保温8h，空冷至室温，得到均匀化铸锭；其余技术手段与实施例3一致，得到铝合金。

对比例3

按质量百分含量计，设计铝合金的元素组成为Cu 0.15％、Fe 0.38％、Mn 1.07％、Si 0.10％、Mg 0.17％、Zr 0.05％、Cr 0.05％、Ti 0.02％、余量的Al和不可避免的杂质；不可避免的杂质中单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；

铝合金的制备方法中，无时效处理，其余技术手段与实施例3一致，得到铝合金。

对比例4

按质量百分含量计，设计铝合金的元素组成为Cu 0.15％、Fe 0.38％、Mn 1.07％、Si 0.10％、Mg 0.17％、Zr 0.05％、Cr 0.05％、Ti 0.02％、余量的Al和不可避免的杂质；不可避免的杂质中单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；

铝合金的制备方法中，均匀处理为：将铝合金铸锭以3℃/min的速率升温至530℃，并在530℃下保温3h，然后以3℃/min的速率升温至560℃，并在560℃下保温8h，再以0.8℃/min的速率降温至460℃，并在460℃下保温2h，空冷至室温，得到均匀化铸锭；其余技术手段与实施例3一致，得到铝合金。

对比例5

按质量百分含量计，设计铝合金的元素组成为Cu 0.10％、Fe 0.33％、Mn 1.05％、Si 0.06％、Mg 0.10％、Cr 0.10％、Ti 0.02％、余量的Al和不可避免的杂质；不可避免的杂质中单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；

铝合金的制备方法与实施例1一致，得到铝合金。

对实施例1～3和对比例1～5所得铝合金制备过程中挤压处理所得挤压品和冷拔所得冷拔品分别进行观察，其中，挤压品尺寸见图6，挤压所得挤压品为壁厚为0.50～0.65mm、外接圆直径为128mm的方形壳体；冷拔所得冷拔品尺寸见图7，冷拔所得冷拔品为壁厚为0.40～0.50mm、外接圆直径为128mm的方形壳体；按照GB T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法，使用万能材料试验机对实施例1～3和对比例1～5所得铝合金进行抗拉强度测试，测试结果见表1。

表1实施例1～3和对比例1～5所得铝合金性能测试结果

注：表1中“/”表示：冷拔为挤压的后工序，因为对比例4未能挤出，因此不能进行冷拔及后续的抗拉强度测试。

由表1可见，本发明提供的薄壁方形壳体用铝合金具有良好的挤压性能和冷拔性能；抗拉强度可达到182～200MPa，抗拉强度高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。