一种高电导率电机转子铝合金及其制备工艺和应用的制作方法

1.本技术涉及一种高电导率电机转子铝合金及其制备工艺和应用，属于新能源汽车电机转子材料技术领域。


背景技术：

2.我国铝行业消费稳步增长，新能源带来的轻量化需求大大拓展了铝消费增长空间。许多铝制品都是一次性使用，从制成产品至产品丧失使用价值时间较短；因此，这些废弃杂料成了污染之源。然而铝具有良好的回收利用性，回收铝能耗仅为原铝5％，仅产生0.5吨二氧化碳排放。根据国内的数据，与生产等量的原铝相比，生产1吨再生铝相当于节约3.4吨标准煤，节水14立方米，减少固体废物排放20吨。但是利用现有的回收铝生产高性能铝合金的过程中，部分金属元素的含量无法得到有效的控制，从而使加工出的铝合金的性能无法满足使用需求。
3.新能源汽车电机转子要求具有较高的导电性和优异的力学性能，然而现实中铝合金的强度与塑性、强度与电导率总是存在矛盾的变化规律，即强度提高的同时合金的塑性和电导率将下降，反之亦然，工艺的变化总是造成此消彼长的变化。因此，有必要研制一种兼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，以满足实际生产需求。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，提供了一种高电导率电机转子铝合金及其制备工艺和应用，通过引入回收铝和稀土元素，调整原料配比合理，不仅资源得到了有效的回收利用，且使制得的电机转子铝合金兼有高电导率和优异力学性能。
5.本发明采用如下技术方案：
6.一种高电导率电机转子铝合金，由以下质量百分比的成分组成：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％，稀土：0.1-0.2％，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％。
7.优选地，所述稀土元素选自镧和铈中的一种或两种。
8.优选地，高电导率电机转子铝合金的组织结构内部的相包括alrem相，其中m为fe、cu或mn元素，re为la或ce元素。
9.根据本技术的另一个方面，提供了一种如上述任一所述的高电导率电机转子铝合金的制备工艺，包括如下步骤：
10.(1)将al基二元合金和回收铝置于熔炼炉中并加热至710-750℃，然后加入适量稀土元素，融化后搅拌均匀，得到熔体；
11.(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
12.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；
13.(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；
14.(4)将步骤(3)的铸件进行热处理，得到高电导率电机转子铝合金。
15.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。
16.优选地，所述步骤(2)中，两次精炼处理之间的间隔为25-40min。
17.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，模具转速为200-300r/min，随后铸件自然冷却至室温。
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.根据本技术的又一个方面，提供了一种如上述任一项所述的高电导率电机转子铝合金或上述任一项所述的高电导率电机转子铝合金的制备工艺制得的高电导率电机转子铝合金的应用，其适用于新能源汽车电机转子。
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.本技术的高电导率电机转子铝合金，在合金成分中加入了稀土元素，它可以和al以及其他合金元素形成三元化合物alrem，减少了杂质元素在铝基体中的固溶量，提高合金导电率，同时随着强化相的析出，使合金强度得到进一步提升。
24.2.本技术的高电导率电机转子铝合金，采用回收铝制造新能源汽车电机转子铝合金，给予其更高的附加值，降低了企业生产成本，同时缓解了我国铝合金产品结构失衡、原铝匮乏的现状。
25.3.本技术的高电导率电机转子铝合金，各元素及含量配比合理，尤其是稀土元素的添加量在充分发挥稀土有益作用的同时又不会产生原料的浪费和性能损害，制得的产品性能优异，极具商业价值。
26.4.本技术的高电导率电机转子铝合金的制备工艺，方法简单，原料易得，技术稳定，获得的电机转子铝合金产品中不含有害元素，对人体和环境危害小，且所得电机转子铝合金同时具有优良的力学性能和导电性能，特别适用于新能源汽车电机转子领域。
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涉及的高电导率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
31.一种高电导率电机转子铝合金的制备工艺，包括如下步骤：
32.(1)将al-mg合金和回收铝置于熔炼炉中并加热至730℃，然后加入适量ce元素，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，得到高电导率电机转子铝合金。
36.其中，高电导率电机转子铝合金中的成分及质量百分比为：fe：0.6％，si：0.4％，cu：0.15％，mg：0.7％，zn：0.15％，ce：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
38.一种高电导率电机转子铝合金的制备工艺，包括如下步骤：
39.(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la元素，融化后搅拌均匀，得到熔体；
40.(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；
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；
42.(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，得到高电导率电机转子铝合金。
43.其中，高电导率电机转子铝合金中的成分及质量百分比为：fe：0.5％，si：0.4％，cu：0.1％，mg：0.8％，zn：0.2％，la：0.12％，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％。
44.实施例3
45.一种高电导率电机转子铝合金的制备工艺，包括如下步骤：
46.(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la元素和ce元素，融化后搅拌均匀，得到熔体；
47.(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；
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；
49.(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，得到高电导率电机转子铝合金。
50.其中，高电导率电机转子铝合金中的成分及质量百分比为：fe：0.7％，si：0.3％，cu：0.2％，mg：0.4％，zn：0.1％，la ce：0.2％，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％。
51.对比例1
52.与实施例1的不同之处在于：将ce元素替换为yb元素。
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ce元素。
55.对比例3
56.与实施例1的不同之处在于：高电导率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％，ce：0.02％，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-mg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.试验编号抗拉强度mpa屈服强度mpa延伸率％电导率ms/m实施例1158.578.449.758.2实施例2156.777.648.557.3实施例3153.276.347.656.4对比例1121.759.731.232.3对比例2103.647.525.224.4对比例3118.458.330.431.2对比例4122.560.132.633.6对比例5126.261.534.835.1
64.由表1的结果可知，本技术制备的高电导率电机转子铝合金的抗拉强度为153.2-158.5mpa、屈服强度为76.3-78.4mpa，延伸率为47.6-49.7％、电导率为56.4-58.2ms/m。当引入元素为ce元素时，得到的高电导率电机转子铝合金(实施例1)的导电性能和力学性能
更优，特别适用于新能源汽车电机转子中。
65.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。