一种添加稀土La的高导电率三元铝合金箔材及其制造方法与流程

本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种添加稀土La的高性能三元铝合金箔材及其制造方法。

背景技术：

铝箔具有比强度高、阻隔性能优异、遮光、成形性能好、防腐蚀、无毒无味等优点，常用作包装材料、电解电容器材料以及建筑、车辆、船舶、房屋等的绝热材料，广泛应用于各个领域。

我国铝箔消费量呈逐年增长趋势，从2001年的30万吨增长到2010年约130万吨，再到2015年的352万吨。目前我国是仅次于美国的全球第二大铝箔消费国，且铝箔市场上升空间较大。随着铝箔行业的发展和应用领域的扩展，具有优异综合性能的铝箔成为市场关注的焦点。稀土元素因其独特的性能被广泛用于钢、铝合金、镁合金等诸多合金性能的改善中。

随着铝箔包装在食品、医药和电子产品等包装领域的广泛应用，具有高成形性能的铝箔成为发展的迫切需求。现有技术中常用的铝箔往往存在强度低，深冲性能不足，表面质量不佳，在冷冲压过程中易产生针孔和裂纹等问题，严重影响包装材料的质量。在电子用铝箔方面，传统铝箔常存在强度不足和导电率低等问题。

本发明通过向Al-Fe合金中加入稀土La，利用稀土细化晶粒，球化第二相并促进第二相析出，使合金晶粒大小和金属间化合物个数最佳化，从而显著提高材料综合性能。

通过本发明技术方案能够得到强度高、成形性优异、导电率高、耐腐蚀的高性能铝箔。

技术实现要素：

一种添加稀土La的高导电率三元铝合金箔材，该材料的重量配比如下：Fe＝1.2～1.5wt％、La＝0.1～0.25wt％，其余为铝。

一种如权利要求1中所述三元铝合金箔材的制造方法，包含以下步骤：

a)合金熔炼时引入稀土La。

b)铝合金铸锭在590℃保温8小时进行均匀化退火；热轧温度为490～510℃，冷轧至0.15mm在380℃～400℃退火2小时后以30～60％的压下量冷轧至0.04～0.08mm，获得铝合金箔材。

具体实施方式

本发明的第一目的是提供添加稀土La的高性能三元铝合金箔材，通过控制Fe、La的含量，使合金晶粒大小和金属间化合物数量最佳化，从而大幅提升材料综合性能，获得抗拉强度、延伸率、杯突值、导电率和耐腐蚀性能优异的铝合金箔材。

本发明的第二目的是提供上述的高性能三元铝合金箔材的制造方法，以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的技术方案如下：

为实现上述目的，本发明所述的添加稀土La的高性能三元铝合金箔材，其特征在于该材料的组份和重量配比是：Fe：1.2～1.5wt％、La：0.1～0.25wt％，其余为铝和不可避免的杂质。通过控制Fe、La的含量，使合金晶粒大小和金属间化合物个数最佳化，从而大幅提高成形性能。

一种添加稀土La的高性能三元铝合金箔材的制造方法，包含以下步骤：

(1)按照上述比例在熔炼炉中加入铝锭、稀土La及Al-50wt％Fe中间合金；。

(2)对铝合金铸锭进行均匀化热处理，获得晶粒平均直径小于33μm，单位面积(mm²)内当量直径为1.0-5.0μm的第二相个数为1×10⁴-3.5×10⁴的显微组织；

(3)对均匀化处理后的铝合金铸锭进行轧制，热轧温度为490～510℃，冷轧至0.15mm，在380℃～400℃退火2小时后以30～60％的压下量冷轧至0.04～0.08mm。

(4)在250℃退火，保温2-2.5小时后获得抗拉强度可达80MPa以上的高性能铝合金箔材。

本发明的含La高性能铝合金与对比例铝合金的成分见表1。

表1本发明铝合金与对比例铝合金成分(wt％)

本发明采用两个铝合金箔材专利作为对比例。对比例1为专利CN104561671A，给出了一种8011药用铝合金箔及其制造方法。对比例2为专利CN103695723A，给出了一种8021铝合金箔及其制备方法。

从表1中可以看出与8011铝合金的成分相比，本发明合金成分设计更为简单，扩大了Fe元素的含量范围，不含常用合金元素Si和Cu。高Fe成分设计有利于形成大量细小弥散的第二相Al3Fe，可以达到提高强度和延伸率的效果，使合金力学性能提高，在其相关领域中的应用更加匹配；不添加Si元素可避免脆硬相Al9Fe2Si2的生成，改善合金铸造性能，有利于后续轧制加工；不添加Cu元素可避免由于Cu固溶而造成的硬度过大和塑性降低等问题。

与对比例8021铝合金相比，本发明铝合金特别添加了La元素。La元素的添加可细化合金晶粒，促进铝合金的Al3Fe第二相析出和球化，使平均粒径小于33μm，单位面积(mm²)内直径为1.0-5.0μm的第二相个数为1×10⁴-3.5×10⁴。另外，La元素的加入还促进生成AlFeLa相，在强化合金的同时，提高合金的耐腐蚀性能。

采用本发明制备的铝合金箔材冷轧态抗拉强度为143-166MPa、延伸率大于2.5％；退火后抗拉强度为74-81MPa，延伸率大于20％，导电率大于59％IACS。该合金可适用于铝塑膜包装或其他相关制造领域。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.5Fe-0.1La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为25mm后在500℃加热1小时后热轧成4mm板材，其后冷轧至0.15mm，在380℃退火2小时后冷轧成厚度为0.08mm的箔材，冷轧态合金抗拉强度为166MPa、延伸率为3％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为81MPa、延伸率为20.4％，导电率60.2％IACS。

实施例2

本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.5Fe-0.25La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为25mm后在500℃加热1小时后热轧成4mm板材，其后冷轧至0.15mm，在380℃退火2小时后冷轧成厚度为0.08mm的箔材，冷轧态合金抗拉强度为143MPa、延伸率为4.4％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为74MPa、延伸率为24.7％，导电率为60.2％IACS。

实施例3

本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.2Fe-0.1La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为26mm后在500℃加热，热轧至2.6mm，其后冷轧至0.15mm，在380℃退火后冷轧至0.08mm厚度的箔材，冷轧态合金抗拉强度为154MPa、延伸率为2.8％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为80MPa、延伸率为23.2％，导电率为59.4％IACS。

实施例4

本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.2Fe-0.25La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为28mm后在500℃加热1小时后热轧成2.6mm，其后冷轧至0.15mm，在390℃退火后冷轧至0.07mm厚度的箔材，冷轧态合金抗拉强度为153MPa、延伸率为3.3％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为77MPa，延伸率21.8％，导电率61.9％IACS。

实施例5

本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.3Fe-0.1La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为28mm后在500℃加热1小时后热轧成2.6mm，其后冷轧至0.15mm，在390℃退火后冷轧至0.08mm厚度的箔材，冷轧态合金抗拉强度为159MPa、延伸率为2.6％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为76MPa，延伸率23.9％，导电率60.2％IACS。

实施例6

本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备厚度为30mm的Al-1.3Fe-0.25La合金铸锭，590℃保温8小时，铣面至厚度为28mm后在500℃加热1小时后热轧成2.6mm，其后冷轧至0.15mm，在390℃退火后冷轧至0.075mm厚度的箔材，冷轧态合金抗拉强度为157MPa、延伸率为3.0％。250℃退火2小时后，合金箔的抗拉强度为75MPa，延伸率22.6％，导电率61.5％IACS。

对上述实施例中不同成分的铝合金样品所进行的性能测试如下：

(1)室温拉伸实验：按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，在Zwick Z20万能拉力试验机上拉伸，测量长度为40mm，拉伸速度为1mm/min，测得抗拉强度及延伸率；

(2)导电率测试：采用SIGMATEST2.069导电率测量仪测试铝合金试样的导电率。

(3)腐蚀性能测试：腐蚀性能(自腐蚀电位、极化电流)通过测试Tafel极化曲线表征，试样经过超声清洗之后，选取20mm x 20mm大小的样片，采用CHI660C电化学工作站测试铝合金试样的Tafel极化曲线。扫描速率为1mV/s，扫描范围为-1V–0V，电解液选择3.5wt％NaCl溶液。

各实施例以及对比合金的的性能见表2。

表2实施例和对比例的性能

与对比例铝合金相比，本实施例制备的合金具有力学性能优异、耐腐蚀、高导电率的特点，铝合金箔材冷轧态抗拉强度为143-166MPa、延伸率大于2.5％；退火后抗拉强度为74-81MPa、延伸率大于20％、导电率大于59％％IACS。

上述性能的获得主要是由于采用合理的成分设计。铝合金中较高含量Fe元素的添加可以达到提高强度和延伸率的效果。由于合金晶粒的细化和大量细小的Al3Fe第二相的形成，在冲压成形时变形更加均匀，从而提高合金的成形性能，使其在相关领域中的应用更加匹配。

本发明铝合金与对比例铝合金相比，特别添加了La元素，La的加入能形成AlFeLa相，而且能球化Al3Fe相，细化合金晶粒。而且La元素的加入及其与其他元素的合金化作用能提高铝合金的耐蚀性，增强合金的钝化。此外，La的加入还能改善合金熔铸工艺和铝合金加工性能；具有良好的细化和变质作用。

综上所述，本发明通过合理的合金成份设计尤其是添加La和适量的Fe控制了合金晶粒大小和金属间化合物的数量，从而明显改善合金力学性能，获得了具有优异综合性能的铝合金箔材。

在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。