一种利用回收铝制备电机转子铝合金的方法和应用与流程

1.本技术涉及一种利用回收铝制备电机转子铝合金的方法和应用，属于新能源汽车电机转子材料技术领域。


背景技术：

2.铝材料由于具有优良的材料性能，如韧性、耐腐蚀性及轻质等，受众了各个行业的青睐。铝合金产品成型过程中会产生大量加工废料，同时在金属回收过程中也会产生大量的回收铝材，如若不对其加以利用，将会造成巨大的资源浪费。目前，中国作为全球最大的汽车市场之一，对于铸铝材料的需求在100万吨以上，而目前有能力与汽车工业配套的再生铝冶炼工厂总生产能力不足30万吨。因此，随着汽车工业的飞速发展，汽车所需的铸铝材料将呈现巨大的缺口，而新能源汽车领域对回收铝的利用则具有更高的提升空间。
3.随着新能源汽车国产化的日益深化，关键部件材料逐渐由国产代替进口。新能源汽车电机转子铝合金材料为关键部件材料，为了获得更高的效率，要求铸铝转子铝材有较高的导电率；为了实现更高的转速，要求铸铝转子铝材有较高的强度。现有技术中关于如何提高新能源汽车电机转子铝合金的电导率以及如何同时兼顾其具有优异力学性能的策略还十分有限，因此开发出一种具有高电导率和优良力学性能的新能源汽车电机转子铝合金是非常有意义的。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，提供了一种利用回收铝制备电机转子铝合金的方法和应用，将回收铝用于生产新能源汽车电机转子铝合金，节约成本，铝硼合金的加入不仅能够除渣、除气，且在提高电机转子铝合金电导率的同时确保其还具有优良的力学性能。
5.本发明采用的技术方案为：
6.一种利用回收铝制备电机转子铝合金的方法，包括如下步骤：
7.(1)将al基二元合金和回收铝置于熔炼炉中并加热至710-750℃，然后加入适量铝硼合金，融化后搅拌均匀，得到熔体；
8.(2)采用六氯乙烷或氩气对熔体进行精炼处理，精炼温度为720-740℃，处理时间30-40min；或
9.采用六氯乙烷或氩气对熔体进行初次精炼处理，精炼温度为720-740℃，处理时间20min，间隔一段时间之后，再次采用六氯乙烷或氩气对熔体进行精炼处理，精炼温度为720-740℃，处理时间20min；
10.(3)将步骤(2)中精炼处理后的熔体静置30min以上，然后进行离心铸造处理，得到铸件；
11.(4)将步骤(3)的铸件进行热处理，得到电机转子铝合金。
12.优选地，所述电机转子铝合金中的成分及质量百分比为：fe：0.5-0.7％，si：0.3-0.5％，cu：0.1-0.2％，mg：0.4-0.8％，zn：0.1-0.2％，b：0.05-0.1％，mn：0.11-0.12％，cr：
0.02-0.08％，v：0.01-0.1％，ti：0.03-0.08％，zr：0.01-0.12％，li：0.05-0.1％，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。
13.优选地，所述电机转子铝合金的组织结构内部的相包括tib2相。
14.优选地，所述al基二元合金为al-fe合金、al-cu合金、al-zn合金、al-si合金或al-mg合金。
15.优选地，所述步骤(2)中，两次精炼处理之间的间隔为25-40min。
16.优选地，所述步骤(3)中离心铸造处理步骤为：将离心铸造模具预热至710-740℃，并于715-730℃下进行浇铸，随后铸件自然冷却至室温。
17.优选地，离心铸造过程中模具转速为200-300r/min。
18.优选地，所述步骤(4)中热处理步骤为：将铸件以150℃/h的升温速率加热至450-500℃，保温5-8h后进行水冷淬火，淬火转移时间＜20s，然后再将铸件以100℃/h的升温速率加热至120-180℃，保温20-25h后空冷至室温。
19.优选地，所述步骤(2)中，六氯乙烷或氩气的添加量占熔体质量的0.5-1wt％。
20.根据本技术的另一个方面，提供了一种如上述任一所述的利用回收铝制备电机转子铝合金的方法获得的电机转子铝合金在新能源汽车电机转子中的应用。
21.本技术中，“回收铝”选自电机转子铝合金加工过程中产生的废料。
22.本技术的有益效果包括但不限于：
23.1.本技术的利用回收铝制备电机转子铝合金的方法，将回收铝用于制备新能源汽车电机转子铝合金，节能环保，降低生产成本，很好地解决了我国铝行业面临的利润危机、能源困境。
24.2.本技术的利用回收铝制备电机转子铝合金的方法，通过向回收铝中引入b元素除渣、除气，将其净化至ppm级；同时，b元素与mn、cr、v、ti、zr等元素结合形成化合物，减少了这些元素在铝基体中的固溶量，提高合金导电率，且确保电机转子铝合金仍具有优良的力学性能。
25.3.本技术的利用回收铝制备电机转子铝合金的方法中，各元素协同作用，均衡了合金的各种性能，使得合金在具有较高电导率的情况下，兼顾良好的强度、韧性等力学性能。
26.4.本技术的利用回收铝制备电机转子铝合金的方法，采用合理的成分配比、工艺条件和参数，使得制得的电机转子铝合金纯净度更高，电导率和力学性能更加优异，特别适用于新能源汽车电机转子中。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
28.图1为本技术实施例1涉及的电机转子铝合金的金相组织图。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些简单的替换或调
整，均在本发明的保护范围之内。
30.实施例1
31.一种利用回收铝制备电机转子铝合金的方法，包括如下步骤：
32.(1)将al-fe合金和回收铝置于熔炼炉中并加热至730℃，然后加入适量铝硼合金，融化后搅拌均匀，得到熔体；
33.(2)采用熔体质量0.8wt％的六氯乙烷对熔体进行初次精炼处理，精炼温度为730℃，处理时间20min，间隔30min之后，再次采用熔体质量0.8wt％的六氯乙烷对熔体进行精炼处理，精炼温度为730℃，处理时间20min；
34.(3)将步骤(2)中精炼处理后的熔体静置30min以上，将离心铸造模具预热至730℃，并于725℃、250r/min下进行浇铸，待熔体凝固后，离心铸造设备停止转动，得到铸件，随后铸件自然冷却至室温；
35.(4)将步骤(3)的铸件以150℃/h的升温速率加热至480℃，保温7h后进行水冷淬火，淬火转移时间＜20s，然后再将铸件以100℃/h的升温速率加热至160℃，保温22h后空冷至室温，得到电机转子铝合金。
36.其中，电机转子铝合金中的成分及质量百分比为：fe：0.7％，si：0.4％，cu：0.15％，mg：0.6％，zn：0.15％，b：0.1％，mn：0.11％，cr：0.05％，v：0.06％，ti：0.05％，zr：0.06％，li：0.08％，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。
37.实施例2
38.一种利用回收铝制备电机转子铝合金的方法，包括如下步骤：
39.(1)将al-cu合金和回收铝置于熔炼炉中并加热至710℃，然后加入适量铝硼合金，融化后搅拌均匀，得到熔体；
40.(2)采用熔体质量0.5wt％的氩气对熔体进行精炼处理，精炼温度为720℃，处理时间40min；
41.(3)将步骤(2)中精炼处理后的熔体静置30min以上，将离心铸造模具预热至710℃，并于715℃、300r/min下进行浇铸，待熔体凝固后，离心铸造设备停止转动，得到铸件，随后铸件自然冷却至室温；
42.(4)将步骤(3)的铸件以150℃/h的升温速率加热至450℃，保温8h后进行水冷淬火，淬火转移时间＜20s，然后再将铸件以100℃/h的升温速率加热至120℃，保温25h后空冷至室温，得到电机转子铝合金。
43.其中，电机转子铝合金中的成分及质量百分比为：fe：0.5％，si：0.3％，cu：0.2％，mg：0.4％，zn：0.1％，b：0.05％，mn：0.12％，cr：0.02％，v：0.1％，ti：0.03％，zr：0.01％，li：0.1％，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。
44.实施例3
45.一种利用回收铝制备电机转子铝合金的方法，包括如下步骤：
46.(1)将al-zn合金和回收铝置于熔炼炉中并加热至750℃，然后加入适量铝硼合金，融化后搅拌均匀，得到熔体；
47.(2)采用熔体质量1wt％的六氯乙烷对熔体进行初次精炼处理，精炼温度为740℃，处理时间20min，间隔40min之后，再次采用熔体质量1wt％的六氯乙烷对熔体进行精炼处理，精炼温度为740℃，处理时间20min；
48.(3)将步骤(2)中精炼处理后的熔体静置30min以上，将离心铸造模具预热至740℃，并于730℃、200r/min下进行浇铸，待熔体凝固后，离心铸造设备停止转动，得到铸件，随后铸件自然冷却至室温；
49.(4)将步骤(3)的铸件以150℃/h的升温速率加热至500℃，保温5h后进行水冷淬火，淬火转移时间＜20s，然后再将铸件以100℃/h的升温速率加热至180℃，保温20h后空冷至室温，得到电机转子铝合金。
50.其中，电机转子铝合金中的成分及质量百分比为：fe：0.7％，si：0.5％，cu：0.1％，mg：0.8％，zn：0.2％，b：0.08％，mn：0.11％，cr：0.08％，v：0.01％，ti：0.08％，zr：0.12％，li：0.05％，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。
51.对比例1
52.与实施例1的不同之处在于：将铝硼合金替换为硼化镁。
53.对比例2
54.与实施例1的不同之处在于：步骤(1)中未添加铝硼合金。
55.对比例3
56.与实施例1的不同之处在于：电机转子铝合金中的成分及质量百分比为：fe：0.8％，si：0.2％，cu：0.5％，mg：0.1％，zn：0.4％，b：0.01％，mn：0.08％，cr：0.01％，v：0.12％，ti：0.01％，zr：0.15％，li：0.02％，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。
57.对比例4
58.与实施例1的不同之处在于：将al-fe合金替换为铝铅合金。
59.对比例5
60.与实施例1的不同之处在于：将六氯乙烷替换为氯化钠。
61.对转子端面本体取样，电导率试样尺寸符合gb/t12966-2008要求并进行电导率测试，力学性能测试试样尺寸标准符合astm e8并进行拉伸性能分析，金相分析试样符合gb/t6394-2017标准并进行晶粒度分析。力学性能及电导率测试结果如表1所示：
62.表1
63.[0064][0065]
由表1可知，相比于实施例1-3，对比例1-5的新能源汽车电机转子铝合金的电导率和力学性性能显著降低，实施例1中各元素协同作用，均衡了合金的各种性能，且工艺条件和参数均为最优状况，使得合金在具有较高电导率的情况下，兼顾良好的强度、韧性等力学性能，因此改变其中任一条件均对合金的电导率和力学性能具有较大影响，实施例1-3的新能源汽车电机转子铝合金均能够满足使用需求。
[0066]
以上所述，仅为本技术的实施例而已，本技术的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本技术的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。