电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金及其制备方法

1.本发明涉及电池托盘技术领域，具体涉及电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.在新能源汽车中，目前采用的一般做法是，将动力电池(模组或模块)安装在汽车托盘上；既节省了空间，又能够将动力电池的重量集中在汽车的底部，提高汽车的稳定性；针对广西铝加工和汽车制造量大支柱产业急需的低成本、高品质、绿色环保铝合金新材料、新工艺技术，开发新能源汽车电池托盘用低成本、高性能铝合金，本发明是解决新能源汽车电池托盘低成本制备、高性能材料设计、长服役寿命、多成分微结构调控的绿色制造基础科学问题。
3.基于此，本发明开发新能源汽车电池托盘用低成本、高性能铝合金，针对铝合金内客体强度和塑性难以兼顾难题，开展含稀土晶粒细化剂的中间合金研制。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.本发明解决技术问题采用如下技术方案：
6.本发明提供了电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金，包括以下重量百分比原料：
7.zr 1.1-1.3％、si 0.4-0.7％、v 0.1-0.3％、ti 0.2-0.5％、稀土晶粒细化剂0.1-0.6％、余量为铝。
8.优选地，所述稀土晶粒细化剂的制备方法为：
9.s1：将re、b按照重量比3:2混合，然后送入到熔炼炉中熔炼，至原料完全熔化；
10.s2：然后向熔化的原料中加入re总量1-5％的精炼剂，以100-300r/min的转速搅拌20-30min，通入精炼气体，气体流量为1.2-1.5立方米/分钟，压力为0.12-0.15atm；
11.s3：精炼结束，冷却至室温，然后以1-3mpa的压力进行定型，最后进行均匀化处理。
12.稀土晶粒细化剂制备中，采用re、b原料，经过精炼剂进行精炼，同时精炼中通过精炼气体，提高晶粒细化剂的晶粒精细度，同时均匀化处理，进一步的对稀土晶粒细化剂优化，避免发生聚集和偏析，从而应用在合金产品中，提高了产品的细化效果。
13.优选地，所述精炼剂为氯化钾、氯化镁和氯化钡，其中重量比为3:2:1；所述精炼气体的重量百分体积为氮气70-80％、一氧化碳10-15％、余量为氩气。
14.优选地，所述均匀化处理的具体处理方法为：
15.先以1-3℃/min的速率升温至150-200℃，保温10-20min；随后将反应温度继续升至250-300℃，继续保温15-25min，最后以1℃/min的速率降温至室温。
16.本发明还提供了一种电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金的制备方法，包括以
下步骤：
17.步骤一，将zr、si、v、ti、稀土晶粒细化剂、铝依次送入到电阻炉中处理，至原料完全熔化，然后冷却至室温，进行定型，得到合金料；
18.步骤二，将合金料在500-600℃下热处理15-25min，然后再进行水冷处理，以20-25℃/min的速率降至150℃，最后以1-2℃/min降至室温，得到合金产品；
19.步骤三，然后将合金产品于细粒改性液中超声分散处理，超声温度为65-75℃，超声功率为100-500w，超声时间为10-20min；水洗、干燥，得到细化合金料；
20.步骤四，将细化合金料进行脉冲电流处理，得到强化合金料；
21.步骤五，最后进行均化热处理，得到本发明的铝合金。
22.优选地，所述细粒改性液的制备方法为：
23.s1：将海藻酸钠、盐酸按照重量比5:1混合，然后加入海藻酸钠总量1-3倍的乙醇，搅拌至充分，得到改性液；
24.s2：将改性液中加入总量5-10％的氯化钡，以100-500r/min的转速继续搅拌20-30min，搅拌结束，得到细粒改性液。
25.优选地，所述脉冲电流处理采用第一次处理、第二次处理，第一次处理的电流密度为2-4
×
103a/mm2，施加频率为10-20khz，施加时间为100-300us；第二次处理的电流密度为1-3
×
103a/mm2，施加频率为5-10khz，施加时间为200-400us。
26.通过细粒改性液的超声处理，从而进一步的对合金进行变质改性，配合脉冲电流处理，加强合金的密度，从而强化合金的强度和韧性，最后经过均化热处理进行优化改性，从而提高了产品的整体性能。
27.优选地，所述均化热处理的具体操作步骤为：
28.先以100-150℃的温度反应15-25min，然后以1-3℃/min的速率升温至210-250℃；
29.随后继续升温至300-400℃，保温15-25min，最后空冷至50-70℃，进行均细处理，最后自然冷却至室温，即可。
30.优选地，所述空冷处理的具体操作步骤为：
31.采用1-3℃的低温氮气对合金产品进行吹射处理，吹射压力为1-3mpa，吹射流速为1-3g/s，吹射合金产品冷却至50-70℃。引入了低温氮气吹射处理，从而细化颗粒组织，同时高频率细化，进一步的均化产品组织结构，提高产品的性能。
32.优选地，所述均细处理的具体操作步骤为：
33.先以120-150khz的频率细化处理，细化时间为5-10min，细化温度为70℃；
34.然后将细化温度调至50℃，频率降至90-100khz，继续细化10-20min。
35.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
36.本发明在铝合金产品中加入zr、si、v等离子介质，通过引入稀土晶粒细化剂再产品制备中，对合金晶粒细化，从而提高产品的强度、韧性等性能；稀土晶粒细化剂制备中，采用re、b原料，经过精炼剂进行精炼，同时精炼中通过精炼气体，提高晶粒细化剂的晶粒精细度，同时均匀化处理，进一步的对稀土晶粒细化剂优化，避免发生聚集和偏析，从而应用在合金产品中，提高了产品的细化效果；
37.合金产品在制备中，通过细粒改性液的超声处理，从而进一步的对合金进行变质改性，配合脉冲电流处理，加强合金的密度，从而强化合金的强度和韧性，最后经过均化热
处理进行优化改性，从而提高了产品的整体性能；
38.均化热处理相比现有技术，引入了低温氮气吹射处理，从而细化颗粒组织，同时高频率细化，进一步的均化产品组织结构，提高产品的性能。
具体实施方式
39.下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
40.本实施例的电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金，包括以下重量百分比原料：
41.zr 1.1-1.3％、si 0.4-0.7％、v 0.1-0.3％、ti 0.2-0.5％、稀土晶粒细化剂0.1-0.6％、余量为铝。
42.本实施例的稀土晶粒细化剂的制备方法为：
43.s1：将re、b按照重量比3:2混合，然后送入到熔炼炉中熔炼，至原料完全熔化；
44.s2：然后向熔化的原料中加入re总量1-5％的精炼剂，以100-300r/min的转速搅拌20-30min，通入精炼气体，气体流量为1.2-1.5立方米/分钟，压力为0.12-0.15atm；
45.s3：精炼结束，冷却至室温，然后以1-3mpa的压力进行定型，最后进行均匀化处理。
46.本实施例的精炼剂为氯化钾、氯化镁和氯化钡，其中重量比为3:2:1；所述精炼气体的重量百分体积为氮气70-80％、一氧化碳10-15％、余量为氩气。
47.本实施例的均匀化处理的具体处理方法为：
48.先以1-3℃/min的速率升温至150-200℃，保温10-20min；随后将反应温度继续升至250-300℃，继续保温15-25min，最后以1℃/min的速率降温至室温。
49.本实施例的一种电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
50.步骤一，将zr、si、v、ti、稀土晶粒细化剂、铝依次送入到电阻炉中处理，至原料完全熔化，然后冷却至室温，进行定型，得到合金料；
51.步骤二，将合金料在500-600℃下热处理15-25min，然后再进行水冷处理，以20-25℃/min的速率降至150℃，最后以1-2℃/min降至室温，得到合金产品；
52.步骤三，然后将合金产品于细粒改性液中超声分散处理，超声温度为65-75℃，超声功率为100-500w，超声时间为10-20min；水洗、干燥，得到细化合金料；
53.步骤四，将细化合金料进行脉冲电流处理，得到强化合金料；
54.步骤五，最后进行均化热处理，得到本发明的铝合金。
55.本实施例的细粒改性液的制备方法为：
56.s1：将海藻酸钠、盐酸按照重量比5:1混合，然后加入海藻酸钠总量1-3倍的乙醇，搅拌至充分，得到改性液；
57.s2：将改性液中加入总量5-10％的氯化钡，以100-500r/min的转速继续搅拌20-30min，搅拌结束，得到细粒改性液。
58.本实施例的脉冲电流处理采用第一次处理、第二次处理，第一次处理的电流密度为2-4
×
103a/mm2，施加频率为10-20khz，施加时间为100-300us；第二次处理的电流密度为
1-3
×
103a/mm2，施加频率为5-10khz，施加时间为200-400us。
59.本实施例的均化热处理的具体操作步骤为：
60.先以100-150℃的温度反应15-25min，然后以1-3℃/min的速率升温至210-250℃；
61.随后继续升温至300-400℃，保温15-25min，最后空冷至50-70℃，进行均细处理，最后自然冷却至室温，即可。
62.本实施例的空冷处理的具体操作步骤为：
63.采用1-3℃的低温氮气对合金产品进行吹射处理，吹射压力为1-3mpa，吹射流速为1-3g/s，吹射合金产品冷却至50-70℃。
64.本实施例的均细处理的具体操作步骤为：
65.先以120-150khz的频率细化处理，细化时间为5-10min，细化温度为70℃；
66.然后将细化温度调至50℃，频率降至90-100khz，继续细化10-20min。
67.实施例1.
68.本实施例的电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金，包括以下重量百分比原料：
69.zr 1.1％、si 0.4％、v 0.1％、ti 0.2％、稀土晶粒细化剂0.1％、余量为铝。
70.本实施例的稀土晶粒细化剂的制备方法为：
71.s1：将re、b按照重量比3:2混合，然后送入到熔炼炉中熔炼，至原料完全熔化；
72.s2：然后向熔化的原料中加入re总量1％的精炼剂，以100r/min的转速搅拌20min，通入精炼气体，气体流量为1.2立方米/分钟，压力为0.12atm；
73.s3：精炼结束，冷却至室温，然后以1-3mpa的压力进行定型，最后进行均匀化处理。
74.本实施例的精炼剂为氯化钾、氯化镁和氯化钡，其中重量比为3:2:1；所述精炼气体的重量百分体积为氮气70％、一氧化碳10％、余量为氩气。
75.本实施例的均匀化处理的具体处理方法为：
76.先以1℃/min的速率升温至150℃，保温10min；随后将反应温度继续升至250℃，继续保温15min，最后以1℃/min的速率降温至室温。
77.本实施例的一种电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
78.步骤一，将zr、si、v、ti、稀土晶粒细化剂、铝依次送入到电阻炉中处理，至原料完全熔化，然后冷却至室温，进行定型，得到合金料；
79.步骤二，将合金料在500℃下热处理15min，然后再进行水冷处理，以20℃/min的速率降至150℃，最后以1℃/min降至室温，得到合金产品；
80.步骤三，然后将合金产品于细粒改性液中超声分散处理，超声温度为65℃，超声功率为100w，超声时间为10min；水洗、干燥，得到细化合金料；
81.步骤四，将细化合金料进行脉冲电流处理，得到强化合金料；
82.步骤五，最后进行均化热处理，得到本发明的铝合金。
83.本实施例的细粒改性液的制备方法为：
84.s1：将海藻酸钠、盐酸按照重量比5:1混合，然后加入海藻酸钠总量1倍的乙醇，搅拌至充分，得到改性液；
85.s2：将改性液中加入总量5％的氯化钡，以100r/min的转速继续搅拌20min，搅拌结束，得到细粒改性液。
86.本实施例的脉冲电流处理采用第一次处理、第二次处理，第一次处理的电流密度为2
×
103a/mm2，施加频率为10khz，施加时间为100us；第二次处理的电流密度为1
×
103a/mm2，施加频率为5khz，施加时间为200us。
87.本实施例的均化热处理的具体操作步骤为：
88.先以100℃的温度反应15min，然后以1℃/min的速率升温至210℃；
89.随后继续升温至300℃，保温15min，最后空冷至50℃，进行均细处理，最后自然冷却至室温，即可。
90.本实施例的空冷处理的具体操作步骤为：
91.采用1℃的低温氮气对合金产品进行吹射处理，吹射压力为1mpa，吹射流速为1g/s，吹射合金产品冷却至50℃。
92.本实施例的均细处理的具体操作步骤为：
93.先以120khz的频率细化处理，细化时间为5min，细化温度为70℃；
94.然后将细化温度调至50℃，频率降至90khz，继续细化10min。
95.实施例2.
96.本实施例的电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金，包括以下重量百分比原料：
97.zr 1.3％、si 0.7％、v 0.3％、ti 0.5％、稀土晶粒细化剂0.6％、余量为铝。
98.本实施例的稀土晶粒细化剂的制备方法为：
99.s1：将re、b按照重量比3:2混合，然后送入到熔炼炉中熔炼，至原料完全熔化；
100.s2：然后向熔化的原料中加入re总量5％的精炼剂，以00r/min的转速搅拌30min，通入精炼气体，气体流量为1.5立方米/分钟，压力为0.15atm；
101.s3：精炼结束，冷却至室温，然后以3mpa的压力进行定型，最后进行均匀化处理。
102.本实施例的精炼剂为氯化钾、氯化镁和氯化钡，其中重量比为3:2:1；所述精炼气体的重量百分体积为氮气80％、一氧化碳15％、余量为氩气。
103.本实施例的均匀化处理的具体处理方法为：
104.先以3℃/min的速率升温至200℃，保温20min；随后将反应温度继续升至300℃，继续保温25min，最后以1℃/min的速率降温至室温。
105.本实施例的一种电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
106.步骤一，将zr、si、v、ti、稀土晶粒细化剂、铝依次送入到电阻炉中处理，至原料完全熔化，然后冷却至室温，进行定型，得到合金料；
107.步骤二，将合金料在600℃下热处理25min，然后再进行水冷处理，以25℃/min的速率降至150℃，最后以2℃/min降至室温，得到合金产品；
108.步骤三，然后将合金产品于细粒改性液中超声分散处理，超声温度为75℃，超声功率为500w，超声时间为20min；水洗、干燥，得到细化合金料；
109.步骤四，将细化合金料进行脉冲电流处理，得到强化合金料；
110.步骤五，最后进行均化热处理，得到本发明的铝合金。
111.本实施例的细粒改性液的制备方法为：
112.s1：将海藻酸钠、盐酸按照重量比5:1混合，然后加入海藻酸钠总量3倍的乙醇，搅拌至充分，得到改性液；
113.s2：将改性液中加入总量10％的氯化钡，以500r/min的转速继续搅拌30min，搅拌结束，得到细粒改性液。
114.本实施例的脉冲电流处理采用第一次处理、第二次处理，第一次处理的电流密度为4
×
103a/mm2，施加频率为20khz，施加时间为300us；第二次处理的电流密度为3
×
103a/mm2，施加频率为10khz，施加时间为400us。
115.本实施例的均化热处理的具体操作步骤为：
116.先以150℃的温度反应25min，然后以3℃/min的速率升温至250℃；
117.随后继续升温至400℃，保温25min，最后空冷至70℃，进行均细处理，最后自然冷却至室温，即可。
118.本实施例的空冷处理的具体操作步骤为：
119.采用3℃的低温氮气对合金产品进行吹射处理，吹射压力为3mpa，吹射流速为3g/s，吹射合金产品冷却至70℃。
120.本实施例的均细处理的具体操作步骤为：
121.先以150khz的频率细化处理，细化时间为10min，细化温度为70℃；
122.然后将细化温度调至50℃，频率降至100khz，继续细20min。
123.实施例3.
124.本实施例的电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金，包括以下重量百分比原料：
125.zr 1.2％、si 0.55％、v 0.2％、ti 0.35％、稀土晶粒细化剂0.35％、余量为铝。
126.本实施例的稀土晶粒细化剂的制备方法为：
127.s1：将re、b按照重量比3:2混合，然后送入到熔炼炉中熔炼，至原料完全熔化；
128.s2：然后向熔化的原料中加入re总量3％的精炼剂，以200r/min的转速搅拌25min，通入精炼气体，气体流量为1.35立方米/分钟，压力为0.135atm；
129.s3：精炼结束，冷却至室温，然后以2mpa的压力进行定型，最后进行均匀化处理。
130.本实施例的精炼剂为氯化钾、氯化镁和氯化钡，其中重量比为3:2:1；所述精炼气体的重量百分体积为氮气75％、一氧化碳12.5％、余量为氩气。
131.本实施例的均匀化处理的具体处理方法为：
132.先以2℃/min的速率升温至175℃，保温15min；随后将反应温度继续升至275℃，继续保温20min，最后以1℃/min的速率降温至室温。
133.本实施例的一种电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
134.步骤一，将zr、si、v、ti、稀土晶粒细化剂、铝依次送入到电阻炉中处理，至原料完全熔化，然后冷却至室温，进行定型，得到合金料；
135.步骤二，将合金料在550℃下热处理20min，然后再进行水冷处理，以22.5℃/min的速率降至150℃，最后以1.5℃/min降至室温，得到合金产品；
136.步骤三，然后将合金产品于细粒改性液中超声分散处理，超声温度为70℃，超声功率为300w，超声时间为15min；水洗、干燥，得到细化合金料；
137.步骤四，将细化合金料进行脉冲电流处理，得到强化合金料；
138.步骤五，最后进行均化热处理，得到本发明的铝合金。
139.本实施例的细粒改性液的制备方法为：
140.s1：将海藻酸钠、盐酸按照重量比5:1混合，然后加入海藻酸钠总量2倍的乙醇，搅拌至充分，得到改性液；
141.s2：将改性液中加入总量7.5％的氯化钡，以300r/min的转速继续搅拌25min，搅拌结束，得到细粒改性液。
142.本实施例的脉冲电流处理采用第一次处理、第二次处理，第一次处理的电流密度为3
×
103a/mm2，施加频率为15khz，施加时间为200us；第二次处理的电流密度为2
×
103a/mm2，施加频率为7.5khz，施加时间为300us。
143.本实施例的均化热处理的具体操作步骤为：
144.先以125℃的温度反应20min，然后以2℃/min的速率升温至230℃；
145.随后继续升温至350℃，保温20min，最后空冷至60℃，进行均细处理，最后自然冷却至室温，即可。
146.本实施例的空冷处理的具体操作步骤为：
147.采用2℃的低温氮气对合金产品进行吹射处理，吹射压力为2mpa，吹射流速为2g/s，吹射合金产品冷却至60℃。
148.本实施例的均细处理的具体操作步骤为：
149.先以135khz的频率细化处理，细化时间为7.5min，细化温度为70℃；
150.然后将细化温度调至50℃，频率降至95khz，继续细化15min。
151.对比例1.
152.与实施例3不同是未添加稀土晶粒细化剂。
153.对比例2.
154.与实施例3不同是未采用细粒改性液处理。
155.对比例3.
156.与实施例3不同是未采用脉冲电流处理。
157.对比例4.
158.与实施例3不同是未采用均化热处理。
159.采用gb/t228-2010(金属材料室温拉伸实验方法)、gb/t4340-2009标准对产品进行测定。
160.实施例1-3及对比例1-4性能测量结果如下
[0161][0162][0163]
从实施例1-3及对比例1-4中得出，本发明实施例3的产品，强度、延伸率均优异，制备的产品性能可显著改进，铝合金的制备中，细粒改性液处理、脉冲电流处理和均化热处理均可对产品的性能得到改进。
[0164]
稀土晶粒细化剂的制备方法为：
[0165]
s1：将re、b按照重量比3:2混合，然后送入到熔炼炉中熔炼，至原料完全熔化；
[0166]
s2：然后向熔化的原料中加入re总量3％的精炼剂，以200r/min的转速搅拌25min，通入精炼气体，气体流量为1.35立方米/分钟，压力为0.135atm；
[0167]
s3：精炼结束，冷却至室温，然后以2mpa的压力进行定型，最后进行均匀化处理。
[0168]
本发明通过稀土晶粒细化剂对产品性能进一步的探究
[0169]
实验例1.
[0170]
与实施例3相同，唯有不同是未加入精炼剂。
[0171]
实验例2.
[0172]
与实施例3相同，唯有不同是未均匀化处理。
[0173]
实验例3.
[0174]
未通入精炼气体。
[0175][0176][0177]
从实验例1-3可看出，稀土晶粒细化剂中的精炼剂、均匀化处理和精炼气体处理对产品的延伸率具有一定的影响，基于此，稀土晶粒细化剂对产品延伸率具有改进效果。
[0178]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0179]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。