一种抗压溃铝合金及其加工工艺的制作方法

本发明涉及一种抗压溃铝合金及其加工工艺，属于合金制备领域。
背景技术：
：随着经济技术的告诉发展，人们的出行方式也由步行等低效近距离模式发展到汽车、高铁、飞机等高速远距离模式。虽然交通工具的发展，大大便利了我们的出行，但是汽车的大面积使用，尤其是传统能源(如汽油)汽车的大范围使用，很大程度上加剧了大气的污染，这不符合我们国家节能减排的倡议。对此，我们将目光更多的集中到了汽车的新能源上，如混合动力，纯电动等。纯电动的汽车完全依靠电源支撑，不会排放污染物，但是支撑起整个汽车的电源，需要较高的科技水平，但是基本的准则，则是大同小异，一般要求质轻、高能、续航强等要求。由此可见，为提升电池的续航能力，我们在电池的容器的材料上进行优化，一般选用强度较高，但质量较小的铝合金作为电池包。铝合金是指以铝为基础，加入一定量的添加元素并控制杂质元素含量而组成的合金体系。铝合金兼具高强度、高硬度和重量轻的优点，适合用作结构材料。但是传统铝合金的材质组成，以及相对应的产品制备方法等无法更好的满足使用要求。而铝合金电池包形状各异，一般都是根据客户的需求进行设计定形，但是，不同形状的电池包其受力方式存在差异，在实际使用过程中，具体寿命也无法保证，这就需要对电池包的组成材料上进行保证，以确保该材料在做成任意形状的电池包后，均能保证良好的性能，尤其是抗压溃性能。针对传统合金硬度低，不耐磨等缺点，公开号107828998a公开了一种铝合金，其通过改变合金的成分及含量，避免挤压成形时产生皱痕。然而，仅仅避免生产时的变形，是根本无法满足其作为电池包时需要的高性能。技术实现要素：针对上述存在的问题，本发明提供一种耐应力腐蚀、抗压溃的铝合金及其加工工艺。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种抗压溃铝合金，所述铝合金由如下质量百分比的成分组成：硅：0.5-0.65％、镁：0.65-0.75％、铁：0.15-0.2％、铜：0.15-0.25％、锰：0.55-0.65％、余量为铝和不可避免的杂质。本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：一种抗压溃铝合金的加工工艺，所述工艺包括如下步骤：(1)熔炼：将重熔铝锭、中间合金锭置入熔炉，加热熔融、搅拌后得铝熔体，并进行炉前分析；(2)精炼细化：向铝熔体中吹入精炼剂进行净化处理，再添加细化剂进行细化处理，然后经半连续同水平热顶铸造得圆铸锭后，均匀化处理并冷却；(3)挤出：将冷却后的圆铸锭进行加热，再经挤压机挤出“品”字形铝合金型材并冷却；(4)后处理：将冷却后的“品”字形铝合金型材进行拉直、矫正、锯切后，再进行二级人工时效处理得抗压溃铝合金。作为优选，所述“品”字形铝合金型材的每个“口”字边长相同或不相同，“品”字形铝合金型材的每个“口”字壁厚不相同。作为优选，所述“品”字形铝合金型材的每个“口”字边长为75-85mm。作为优选，所述“品”字形铝合金型材的每个“口”字壁厚分别为1.5-2.5mm、2.5-3.5mm、3.5-4.5mm。进一步优选，不同“口”字的接触边，以厚壁尺寸为基准。作为优选，所述中间合金锭包括铝-铁中间合金锭、铝-铜中间合金锭、铝-锰中间合金锭、镁锭中的一种或多种。作为优选，步骤(1)所述加热熔融的温度为730-750℃，搅拌为电磁搅拌，搅拌的时间为25-35min。作为优选，步骤(2)所述精炼剂采用氩气辅助吹入，精炼剂的用量为3kg/t，通入氩气的压力为0.05-0.2mpa。作为优选，步骤(2)所述细化剂为铝钛硼丝，添加量为3kg/t。作为优选，步骤(2)所述圆铸锭的直径为254mm，长度为6500mm。作为优选，所述均匀化处理为：将圆铸锭在560-580℃下保温6-8小时。作为优选，步骤(3)所述加热的温度为480-500℃，挤出机的出口温度为520-550℃。挤出机的出口温度会略高于加热温度，这是由于在挤压过程中产生了大量的热量，而在实际生产中，为了确保挤出后的温度满足后续工艺的加工要求，一般直接对出口温度进行设定，再根据出口温度去限定加热的温度，有利于工艺之间的衔接。作为优选，步骤(3)挤出前，根据“品”字形型材规格确定模具，并配备支撑垫，模具还进行抛光、氮化处理。若模具不进行氮化处理，模具的工作带硬度较低，极容易造成产品表面划伤，且模具寿命减短30-50％。进一步优选，所述模具为圆柱形，尺寸为直径450mm*厚度300mm的分流组合模具。进一步优选，所述支撑垫为直径600mm*厚度200mm的模具专用支撑垫。进一步优选，氮化处理后还将模具和支撑垫一起预热到450-480℃，再安装在30mn挤压机上。作为优选，步骤(3)所述“品”字形铝合金型材通过挤出机出口，同时经风、水雾进行冷却，冷却速率≥350℃/min，冷却至50℃以下。由于该合金的淬火温度较高，必须≥520℃以上，所以挤出后必须迅速进行冷却，并且要求冷却强度≥350℃/min，才能使mg2si强化相充分固溶，后续时效得到较高强度要求，如果冷却强度<350℃/min，mg2si强化相不能充分固溶，后续时效强度低满足不了要求。作为优选，步骤(4)所述二级人工时效具体为：第一级时效的温度为150-160℃，保温7-9h，第二级时效的温度为200-210℃，保温2-4h。二级时效能够有效提高产品屈服强度，屈服强度相对一级时效提高7-15％。本发明的铝合金材料，采用铝含量超过99.7％的重熔铝锭，配合中间合金的混料添加方式，并进行了炉前分析，以保证铝熔体中各组成元素的百分含量复合预期，而本发明的铝熔体的组成虽然简单，但是各含量均是与成品的性能有关(已经经过具体产品的性能检测实验)，尤其是抗压溃性能，任何不在这个范围内的组成，均会造成电池包抗压溃性能降低，进而造成寿命降低，且无法很好的保护里面的电池。而铝合金材料的具体制备工艺，本发明特定的采用挤出机直接获得“品”字形铝合金型材，且“品”字的三个“口”字的边长一致，而壁厚不一致，且三个“口”字的接触处壁厚以较厚的壁为准。针对三个“口”壁厚不同的挤出件，更能反映材料的挤出焊合性能和材料的挤出成形性，尤其在壁厚不同的交界处，在压溃测试中很容易出现开裂，还有壁厚不一样冷却快慢不一样，出现收缩率不一样造成外形尺寸变形。相较于等壁厚的“品”字形铝合金型材，由于在压溃实验中，受力较为均匀，无法获取材料本身的抗压溃性能参数，失去检测的意义。同时，本发明的一次挤出“品”字形铝合金型材与常规的通过焊接三个“口”字形铝合金型材也存在较大的差异，常规的焊接工艺会因为三个“口”字形铝合金型材的壁厚不同而增加了工艺难度，也削弱了三者之间的结合强度，容易在外力的作用下，发生断裂，失去检测的意义。一种电池包，所述的电池包由权利要求1所述的抗压溃铝合金制成。本发明的铝合金材料可以挤出任意的形状，而“品”字形铝合金型材的形状较为特殊，理论上这种形状的型材抗压溃性能最为低下，只需要该形状符合要求，其他任意形状的电池包均能符合抗压溃要求。与现有技术相比，本发明具有如下优点：(1)本发明通过重熔铝锭和中间合金锭混合冶炼的方式进行制备，可以较好的控制铝熔体的组份百分比。(2)本发明“品”字形铝合金型材的各个“口”字形壁厚不同，能辅助检测合金的抗压溃性能和材料挤出焊合性能。(3)本发明“品”字形铝合金型材的各个“口”字形接触边以较厚的为基准，可以进一步增强三者的联系。附图说明图1为本发明“品”字形铝合金型材的尺寸标注示意图。图中，a、b、c依次为“品”字形铝合金型材的三个“口”字壁厚，且a≠b≠c。具体实施方式以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。如图1所示，“品”字形铝合金型材，其每个“口”字边长相同或不相同，其每个“口”字壁厚不相同，不同“口”字的接触边，以厚壁尺寸为基准。三个“口”壁厚不同的挤出件，更能反映材料的挤出焊合性能和材料的挤出成形性，尤其在壁厚不同的交界处，在压溃测试中很容易出现开裂，还有壁厚不一样冷却快慢不一样，出现收缩率不一样造成外形尺寸变形，便于获得材料的性能。实施例1熔炼：将铝含量为99.8％的重熔铝锭、铝-铁中间合金锭、铝-铜中间合金锭、铝-锰中间合金锭和镁锭置入熔炉，加热至740℃熔融、电磁搅拌30min后得铝熔体，并进行炉前分析，确定铝熔体中各成分满足：硅：0.60％、镁：0.70％、铁：0.18％、铜：0.20％、锰：0.60％、余量为铝和不可避免的杂质；精炼细化：向铝熔体中用压力为0.15mpa的氩气吹入3kg/t的精炼剂进行净化处理，再添加3kg/t的铝钛硼丝进行细化处理，然后经半连续同水平热顶铸造得直径为254mm，长度为6500mm的圆铸锭后，在570℃下保温7小时进行均匀化处理并冷却；挤出：将冷却后的圆铸锭加热到490℃，根据“品”字形型材规格确定直径450mm*厚度300mm的分流组合模具，并配备直径600mm*厚度200mm的专用支撑垫，将模具进行抛光、氮化处理，再将模具和支撑垫一起预热到465℃，最后经30mn挤压机挤出“品”字形铝合金型材，挤压出口温度为535℃，挤压出口型材迅速经过风+水雾快速冷却至30℃，冷却速度为370℃/min；后处理：将冷却后的“品”字形铝合金型材进行拉直、矫正、锯切后，再进行二级人工时效处理，第一级时效温度为155℃，保温8小时，第二级时效温度为205℃，保温3小时，得抗压溃铝合金。实施例2熔炼：将铝含量为99.9％的重熔铝锭、铝-铁中间合金锭、铝-铜中间合金锭、铝-锰中间合金锭和镁锭置入熔炉，加热至730℃熔融、电磁搅拌25min后得铝熔体，并进行炉前分析，确定铝熔体中各成分满足：硅：0.5％、镁：0.65％、铁：0.15％、铜：0.15％、锰：0.55％、余量为铝和不可避免的杂质；精炼细化：向铝熔体中用压力为0.05mpa的氩气吹入3kg/t的精炼剂进行净化处理，再添加3kg/t的铝钛硼丝进行细化处理，然后经半连续同水平热顶铸造得直径为254mm，长度为6500mm的圆铸锭后，在560℃下保温6小时进行均匀化处理并冷却；挤出：将冷却后的圆铸锭加热到490℃，根据“品”字形型材规格确定直径450mm*厚度300mm的分流组合模具，并配备直径600mm*厚度200mm的专用支撑垫，将模具进行抛光、氮化处理，再将模具和支撑垫一起预热到465℃，最后经30mn挤压机挤出“品”字形铝合金型材，挤压出口温度为535℃，挤压出口型材迅速经过风+水雾快速冷却至30℃，冷却速度为370℃/min；后处理：将冷却后的“品”字形铝合金型材进行拉直、矫正、锯切后，再进行二级人工时效处理，第一级时效温度为155℃，保温8小时，第二级时效温度为205℃，保温3小时，得抗压溃铝合金。实施例3熔炼：将铝含量为99.9％的重熔铝锭、铝-铁中间合金锭、铝-铜中间合金锭、铝-锰中间合金锭和镁锭置入熔炉，加热至750℃熔融、电磁搅拌35min后得铝熔体，并进行炉前分析，确定铝熔体中各成分满足：硅：0.65％、镁：0.75％、铁：0.2％、铜：0.25％、锰：0.65％、余量为铝和不可避免的杂质；精炼细化：向铝熔体中用压力为0.2mpa的氩气吹入3kg/t的精炼剂进行净化处理，再添加3kg/t的铝钛硼丝进行细化处理，然后经半连续同水平热顶铸造得直径为254mm，长度为6500mm的圆铸锭后，在580℃下保温8小时进行均匀化处理并冷却；挤出：将冷却后的圆铸锭加热到490℃，根据“品”字形型材规格确定直径450mm*厚度300mm的分流组合模具，并配备直径600mm*厚度200mm的专用支撑垫，将模具进行抛光、氮化处理，再将模具和支撑垫一起预热到465℃，最后经30mn挤压机挤出“品”字形铝合金型材，挤压出口温度为535℃，挤压出口型材迅速经过风+水雾快速冷却至30℃，冷却速度为370℃/min；后处理：将冷却后的“品”字形铝合金型材进行拉直、矫正、锯切后，再进行二级人工时效处理，第一级时效温度为155℃，保温8小时，第二级时效温度为205℃，保温3小时，得抗压溃铝合金。实施例4熔炼：将铝含量为99.8％的重熔铝锭、铝-铁中间合金锭、铝-铜中间合金锭、铝-锰中间合金锭和镁锭置入熔炉，加热至740℃熔融、电磁搅拌30min后得铝熔体，并进行炉前分析，确定铝熔体中各成分满足：硅：0.60％、镁：0.70％、铁：0.18％、铜：0.20％、锰：0.60％、余量为铝和不可避免的杂质；精炼细化：向铝熔体中用压力为0.15mpa的氩气吹入3kg/t的精炼剂进行净化处理，再添加3kg/t的铝钛硼丝进行细化处理，然后经半连续同水平热顶铸造得直径为254mm，长度为6500mm的圆铸锭后，在570℃下保温7小时进行均匀化处理并冷却；挤出：将冷却后的圆铸锭加热到480℃，根据“品”字形型材规格确定直径450mm*厚度300mm的分流组合模具，并配备直径600mm*厚度200mm的专用支撑垫，将模具进行抛光、氮化处理，再将模具和支撑垫一起预热到450℃，最后经30mn挤压机挤出“品”字形铝合金型材，挤压出口温度为520℃，挤压出口型材迅速经过风+水雾快速冷却至20℃，冷却速度为360℃/min；后处理：将冷却后的“品”字形铝合金型材进行拉直、矫正、锯切后，再进行二级人工时效处理，第一级时效温度为140℃，保温7小时，第二级时效温度为190℃，保温2小时，得抗压溃铝合金。实施例5熔炼：将铝含量为99.8％的重熔铝锭、铝-铁中间合金锭、铝-铜中间合金锭、铝-锰中间合金锭和镁锭置入熔炉，加热至740℃熔融、电磁搅拌30min后得铝熔体，并进行炉前分析，确定铝熔体中各成分满足：硅：0.60％、镁：0.70％、铁：0.18％、铜：0.20％、锰：0.60％、余量为铝和不可避免的杂质；精炼细化：向铝熔体中用压力为0.15mpa的氩气吹入3kg/t的精炼剂进行净化处理，再添加3kg/t的铝钛硼丝进行细化处理，然后经半连续同水平热顶铸造得直径为254mm，长度为6500mm的圆铸锭后，在570℃下保温7小时进行均匀化处理并冷却；挤出：将冷却后的圆铸锭加热到500℃，根据“品”字形型材规格确定直径450mm*厚度300mm的分流组合模具，并配备直径600mm*厚度200mm的专用支撑垫，将模具进行抛光、氮化处理，再将模具和支撑垫一起预热到480℃，最后经30mn挤压机挤出“品”字形铝合金型材，挤压出口温度为550℃，挤压出口型材迅速经过风+水雾快速冷却至50℃，冷却速度为380℃/min；后处理：将冷却后的“品”字形铝合金型材进行拉直、矫正、锯切后，再进行二级人工时效处理，第一级时效温度为160℃，保温9小时，第二级时效温度为215℃，保温4小时，得抗压溃铝合金。实施例6与实施例1的区别仅在于，实施例6合金中镁含量为0.5％。实施例7与实施例1的区别仅在于，实施例7合金中镁含量为0.8％。实施例8与实施例1的区别仅在于，实施例8“品”字形铝合金的其中两个“口”字壁厚相同。实施例9与实施例1的区别仅在于，实施例9铝合金不同“口”字的接触边，以薄壁尺寸为基准。实施例10与实施例1的区别仅在于，实施例10挤出后仅进行自然冷却。实施例11与实施例1的区别仅在于，实施例11挤出后冷却速率为340℃/min。实施例12与实施例1的区别仅在于，实施例12后处理仅进行第一级人工时效。实施例13与实施例1的区别仅在于，实施例13后处理仅进行第二级人工时效。对比例1与实施例1的区别仅在于，对比例1“品”字形铝合金的每个“口”字壁厚相同。对比例2与实施例1的区别仅在于，对比例2直接将圆铸锭进行机械加工形成型材。对比例3与实施例1的区别仅在于，对比例3后处理不进行人工时效处理。将实施例1-13及对比例1-3的铝合金进行测试，测试其抗拉强度、断后伸长率、屈服强度，结果如表1所示：表1：实施例1-13及对比例1-3中铝合金的性能抗拉强度/mpa断后伸长率/％屈服强度/mpa实施例130015300实施例228013260实施例329014270实施例428314272实施例528113272实施例62649253实施例728713276实施例8///实施例9///实施例101765143实施例1125810244实施例1225911245实施例1326411257对比例1///对比例2///对比例31897148将实施例1-13及对比例1-3的铝合金进行抗压溃性能测试，测试时，是取300mm长样件，压缩到100mm，压缩速率为100mm/min，结果如表2所示：表2：实施例1-13及对比例1-3中铝合金抗压溃性能对比例2由于采用机械加工的方法形成电池包，不同“口”字需要焊接加工，抗压溃能力最差。尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。当前第1页12