一种快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的制备方法与流程

1.本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的制备方法。


背景技术：

2.目前，世界各国都在大力发展新能源汽车，我国更是将其列入为七大新兴产业之中。节能与新能源汽车的发展是我国减少化石能源消耗。随着新能源汽车产业的兴起，电池及电池充电桩行业也得到快速发展。电池的充电效率，能量存储密度都将成为该产业快速崛起的重要因素。从充电方面看，能否获取高导电率材料，获到较高的充电效率，决定了企业能否在充电桩行业立足。
3.虽然铝的导电热性不如铜，但由于铝质轻、量大、价廉，使铝合金的性价比更高。目前使用铝合金作为电池充电桩的具体合金牌号主要为1050/1060/6101合金，但1050/1060等1系合金，虽然导电率较高，但由于其强度偏低，应用受限，且在合金成分不做调整时，难以进一步提升其导电率；而如专利“一种电池导板用6101-t63状态铝合金卷材及其制备方法”（cn 110093536a）中公开了一种6101合金高导电材料的制备方法，但其所得合金的导电率上限仅为59%iacs。
4.现有研究发现，硼元素的添加对铝合金导电率提升有较大帮助，但在实际添加过程中，由于受到现场调整、工艺参数、环境因素等的影响，添加进去的硼元素无法被较好的起到效果，进而导致铝合金充电桩材料导电率提升受限。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术不足，提供了一种快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的制备方法。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的制备方法，是在原材料的熔炼过程中，在所得合金液中添加一定量的铝-硼合金，并经充分搅拌再进行精炼，以制备高硼含量的铝合金铸锭、铸棒或线材。其具体包括以下步骤：步骤1）：在熔炼炉内熔化铝锭、镁锭、锌锭、中间合金等各种原材料的过程中，当熔炼温度达到720~750℃时，添加一定量的铝-硼合金，使合金液中硼的含量为50~350ppm；步骤2）：添加铝-硼合金后，充分搅拌并静置10min~60min，再进行精炼。
7.进一步地，搅拌的时间为20~60min或控制铝水流动次数不少于3次。
8.为确保实现快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的效果，步骤1）中务必添加铝-硼合金，而不能使用铝-钛-硼或硼单质等进行添加，否则会导致硼元素的吸收效果不佳，并容易与其他元素结合而大大减少使用效果。同时，务必使硼含量在50~350ppm，低于50ppm时，添加量过少，会导致导电率提升效果不明显，而添加量过大，超过350ppm时，会使硼元素过剩，过剩的硼元素会增加铝合金材料本身的杂质含量，从而大大降低材料的导电率。此外，
添加铝-硼合金时，务必使熔炼温度达720~750℃，以实现铝-硼的有效充分溶解并发挥作用，低于720℃时，硼元素的吸收效果差，会导致部分硼被作为杂质元素存留，而高于750℃时，会引发其他合金的烧损，导致产生夹渣等缺陷，也不利于材料导电率的提升。
9.步骤2）中，务必确保在添加铝-硼合金后进行搅拌，否则硼元素无法充分均匀分布，无法起到实质性的效果，且容易被作为浮渣而被去除。搅拌时间在20~60min或铝水流动次数不少于3次，可避免出现铝-硼合金局部区域过量，影响添加效果。搅拌后应静置10~60min，以确保硼元素的作用时间，避免硼元素还未起到作用就被精炼除去，影响添加效果。
10.只有严格按照上述步骤及控制方法，才能确保在合金成分不做其他调整优化的情况下，实现铝合金材料导电率的提高。且由于添加的硼含量极少，未改变该合金其他成分，因而不会带来其他影响。
11.按上述操作，可在原化学成分基础上，使铝合金材料的导电率提升0.5~3.5％iacs，这对于将铝合金应用于充电桩材料时具有巨大的实际价值，可进一步提高铝合金充电桩材料的使用率。
12.本发明的有益效果在于：本发明通过在铝合金铸锭/铸棒/线材生产的熔炼过程，添加一定量的铝-硼合金，并控制铝-硼合金的熔化温度，控制熔体搅拌时间和静置时间，能高效、快速、低成本的实现铝合金中硼元素含量的提升，从而能在铝合金化学成分不做其他调整时，进一步提升铝合金材料的导电率，进而可提升电池充电桩的充电效率。
具体实施方式
13.为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
14.实施例1电池导板用6101-t63状态铝合金卷材，以质量百分含量表示，合金化学成分组成为：si 0.387%、fe 0.073%，cu 0.0012%，mn 0.0029%，mg 0.499%，zn 0.013%，ti 0.021%，cr 0.0018%，余量为al。按照配制的合金化学成分进行熔炼，在熔炼铝内熔化各原材料（如铝锭、镁锭、锌锭、中间合金等）时，并在熔炼温度达730℃时，添加al-5%b合金，使熔炼炉内合金液中的硼含量为150ppm。在添加铝-硼合金后，充分搅拌40min，搅拌后静置12min再进行静置精炼、除气（静置炉温度为720℃，静置时间为40分钟），除气后添加晶粒细化剂铝钛硼丝al-5ti-1b，以控制合金成分组成中ti含量为0.021％，再将添加晶粒细化剂后的合金液进行过滤，过滤后通过流槽进入半连续铸造工序（经过流槽时控制流槽测氢含量≤0.14ml/100gal）。铸锭产出后，按照锯切-铣面-加热-热轧-冷轧-连续固溶退火-时效-分轴工艺，最终产出6101-t63状态的卷材。
15.对比例1电池导板用6101-t63状态铝合金卷材，以质量百分含量表示，合金化学成分组成为：si 0.387%、fe 0.073%，cu 0.0012%，mn 0.0029%，mg 0.499%，zn 0.013%，ti 0.021%，cr 0.0018%，余量为al。按照配制的合金化学成分进行熔炼，熔炼温度为700℃，熔炼时间为8小时，熔炼后所得合金液进行静置精炼、除气（静置炉温度为720℃，静置时间为40分钟），除气后添加晶粒细化剂铝钛硼丝al-5ti-1b，以控制合金成分组成中ti含量为0.021％，再将添
加晶粒细化剂后的合金液进行过滤，过滤后通过流槽进入半连续铸造工序（经过流槽时控制流槽测氢含量≤0.14ml/100gal）。铸锭产出后，按照锯切-铣面-加热-热轧-冷轧-连续固溶退火-时效-分轴工艺，最终产出6101-t63状态的卷材。
16.对比例2电池导板用6101-t63状态铝合金卷材，以质量百分含量表示，合金化学成分组成为：si 0.387%、fe 0.073%，cu 0.0012%，mn 0.0029%，mg 0.499%，zn 0.013%，ti 0.021%，cr 0.0018%，余量为al。按照配制的合金化学成分进行熔炼，熔炼温度为700℃，熔炼时间为8小时，熔炼后所得合金液进行静置精炼（静置炉温度为720℃，静置时间为40分钟），同时添加al-5%b合金，使熔炼炉内合金液中的硼含量为150ppm，再进行除气，除气后添加晶粒细化剂铝钛硼丝al-5ti-1b，以控制合金成分组成中ti含量为0.021％，再将添加晶粒细化剂后的合金液进行过滤，过滤后通过流槽进入半连续铸造工序（经过流槽时控制流槽测氢含量≤0.14ml/100gal）。铸锭产出后，按照锯切-铣面-加热-热轧-冷轧-连续固溶退火-时效-分轴工艺，最终产出6101-t63状态的卷材。
17.对比例3电池导板用6101-t63状态铝合金卷材，以质量百分含量表示，合金化学成分组成为：si 0.387%、fe 0.073%，cu 0.0012%，mn 0.0029%，mg 0.499%，zn 0.013%，ti 0.021%，cr 0.0018%，余量为al。按照配制的合金化学成分进行熔炼，熔炼温度为700℃，熔炼时间为8小时，熔炼后所得合金液进行静置精炼、除气（静置炉温度为720℃，静置时间为40分钟），除气后添加晶粒细化剂铝钛硼丝al-5ti-1b，以控制合金成分组成中ti含量为0.021％，同时添加al-5%b合金，使熔炼炉内合金液中的硼含量为150ppm，再将添加晶粒细化剂后的合金液进行过滤，过滤后通过流槽进入半连续铸造工序（经过流槽时控制流槽测氢含量≤0.14ml/100gal）。铸锭产出后，按照锯切-铣面-加热-热轧-冷轧-连续固溶退火-时效-分轴工艺，最终产出6101-t63状态的卷材。
18.对比例4电池导板用6101-t63状态铝合金卷材，以质量百分含量表示，合金化学成分组成为：si 0.387%、fe 0.073%，cu 0.0012%，mn 0.0029%，mg 0.499%，zn 0.013%，ti 0.021%，cr 0.0018%，余量为al。按照配制的合金化学成分进行熔炼，在熔炼铝内熔化各原材料（如铝锭、镁锭、锌锭、中间合金等）时，并在熔炼温度达730℃时，添加al-5%b合金，使熔炼炉内合金液中的硼含量为150ppm。在添加铝-硼合金后，充分搅拌10min，搅拌后静置5min再进行静置精炼、除气（静置炉温度为720℃，静置时间为40分钟），除气后添加晶粒细化剂铝钛硼丝al-5ti-1b，以控制合金成分组成中ti含量为0.021％，再将添加晶粒细化剂后的合金液进行过滤，过滤后通过流槽进入半连续铸造工序（经过流槽时控制流槽测氢含量≤0.14ml/100gal）。铸锭产出后，按照锯切-铣面-加热-热轧-冷轧-连续固溶退火-时效-分轴工艺，最终产出6101-t63状态的卷材。
19.实施例2电池充电桩用1050-h24状态铝合金卷材，以质量百分含量表示，合金化学成分组成为：si 0.067%、fe 0.288%，cu 0.032%，mn 0.007%，mg 0.006%，zn 0.0001%，ti 0.015%，cr 0.0002%，余量为al。按照配制的合金化学成分进行熔炼，在熔炼铝内熔化各原材料（如铝锭、镁锭、锌锭、中间合金等）时，并在熔炼温度达725℃时，添加al-10%b合金，使熔炼炉内
合金液中的硼含量为100ppm。在添加铝-硼合金后，充分搅拌60min，搅拌后静置15min再进行静置精炼、除气（静置炉温度为720℃，静置时间为40分钟），除气后添加晶粒细化剂铝钛硼丝al-5ti-1b，以控制合金成分组成中ti含量为0.015％，再将添加晶粒细化剂后的合金液进行过滤，过滤后通过流槽进入半连续铸造工序（经过流槽时控制流槽测氢含量≤0.14ml/100gal）。铸锭产出后，按照锯切-铣面-加热-热轧-冷轧-清洗-退火-分轴工艺，最终产出1050-h24状态的卷材。
20.对比例5电池充电桩用1050-h24状态铝合金卷材，以质量百分含量表示，合金化学成分组成为：si 0.067%、fe 0.288%，cu 0.032%，mn 0.007%，mg 0.006%，zn 0.0001%，ti 0.015%，cr 0.0002%，余量为al。按照配制的合金化学成分进行熔炼，熔炼温度为700℃，熔炼时间为8小时，熔炼后所得合金液进行静置精炼（静置炉温度为725℃，静置时间为40分钟），随后添加al-10%b合金，使熔炼炉内合金液中硼含量为100ppm，再进行除气，除气后添加晶粒细化剂铝钛硼丝al-5ti-1b，以控制合金成分组成中ti含量为0.015％，再将添加晶粒细化剂后的合金液进行过滤，过滤后通过流槽进入半连续铸造工序（经过流槽时控制流槽测氢含量≤0.14ml/100gal）。铸锭产出后，按照锯切-铣面-加热-热轧-冷轧-清洗-退火-分轴工艺，最终产出1050-h24状态的卷材。
21.对比例6电池充电桩用1050-h24状态铝合金卷材，以质量百分含量表示，合金化学成分组成为：si 0.067%、fe 0.288%，cu 0.032%，mn 0.007%，mg 0.006%，zn 0.0001%，ti 0.015%，cr 0.0002%，余量为al。按照配制的合金化学成分进行熔炼，在熔炼铝内熔化各原材料（如铝锭、镁锭、锌锭、中间合金等）时，并在熔炼温度达705℃时，添加al-10%b合金，使熔炼炉内合金液中的硼含量为100ppm。在添加铝-硼合金后，充分搅拌60min，搅拌后静置15min再进行静置精炼、除气（静置炉温度为720℃，静置时间为40分钟），除气后添加晶粒细化剂铝钛硼丝al-5ti-1b，以控制合金成分组成中ti含量为0.015％，再将添加晶粒细化剂后的合金液进行过滤，过滤后通过流槽进入半连续铸造工序（经过流槽时控制流槽测氢含量≤0.14ml/100gal）。铸锭产出后，按照锯切-铣面-加热-热轧-冷轧-清洗-退火-分轴工艺，最终产出1050-h24状态的卷材。
22.表1为实施例及对比例的处理情况及其硼元素吸收率、导电率结果。
23.表1
24.由表1可见，与实施例1相比，对比例1为一般6系合金的制备工艺，其由于未额外添加al-b合金，导电率无法得到进一步提升；对比例2和对比例3中，由于分别在精炼或除气后再添加al-b合金，导致b元素的吸收率难以提升，最终导致导电率虽有一定增加，但增加效果不明显；对比例4中由于添加后搅拌时间、静置时间不足，也难以实现b元素吸收率的增加及导电率的有效提升。而与实施例2相比，对比例5和对比例6由于工艺条件的变动，也导致b元素吸收率及导电率提升的不足，说明在1系合金中也存在类似现象。
25.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

技术特征：
1.一种快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的制备方法，其特征在于：在原材料的熔炼过程中，在所得合金液中添加一定量的铝-硼合金，并经充分搅拌再进行精炼，以制备高硼含量的铝合金铸锭、铸棒或线材。2.根据权利要求1所述的快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的制备方法，其特征在于：铝-硼合金的添加量按硼元素在合金液中的占比为50~350ppm进行换算。3.根据权利要求1所述的快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的制备方法，其特征在于：添加铝-硼合金时的熔炼温度应控制在720~750℃。4.根据权利要求1所述的快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的制备方法，其特征在于：搅拌的时间为20~60min或控制铝水流动次数不少于3次。5.根据权利要求1所述的快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的制备方法，其特征在于：搅拌后应静置10~60min再进行精炼。

技术总结
本发明公开了一种快速提升铝合金锭坯硼元素吸收率的制备方法，其是通过优化铸造前的熔炼过程，即在熔炼过程中加入铝-硼合金，并经充分搅拌后再进行精炼，以确保铝-硼合金的添加效果，从而在铝合金成分不做其他调整优化的情况下，提高铝合金锭坯对硼元素的有效吸收率，进而提升所得铝合金材料的导电率。进而提升所得铝合金材料的导电率。


技术研发人员：刘华春 韦拥 黄瑞银 冉继龙 曾炜 唐远路 江充
受保护的技术使用者：中铝瑞闽股份有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/1