一种短流程高导电6系铝合金板带材及其制备方法与流程

1.本发明属于铝合金带材的制备领域，具体涉及一种短流程高导电6系铝合金板带材及其制备方法。


背景技术：

2.铜和铝作为两种主要导电金属材料，铜面临着资源匮乏及价格高等不利因素，铝作为地球上最丰富的有色金属，具有质量轻、耐腐蚀、成型好、成本低等优点，逐渐在电力导线、储能电站、新能源汽车等领域得以应用。
3.铝合金中纯铝的电导率最高，以aa1050为例，约为61%iacs，但强度不足。6系铝合金是一种al
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mg
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si系热处理可强化合金，它具有中等强度、良好的导电性及成型性，成为近些年来在导电材料的研究热门。特别是新能源电动汽车及快充技术的发展，6系铝板带被特斯拉等电动汽车企业所采用，不仅要求具有较高的强度，优异的导电率，兼折弯加工等要求。6系铝合金时效状态电导率普遍在55%iacs左右，在确保强度的条件下，电导率提升至58%iacs及以上难度很大。这是因为提高铝合金的强度，需适当添加一些合金元素，导电率随之降低，冲压折弯的加工性能也随之变差。
4.专利申请号为201911372828.9的专利申请分别公开了一种高导率6系铝合金材及其生产工艺。通过增加元素b0.015
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0.02%，低温450
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500℃，长时间保温10
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20h均匀化处理，制得抗拉强度250mpa，屈服强度210mpa，延伸率16.7%，电导率32.52ms/m（56.07%iacs），hb=65材料，面临着电导率不足问题。
5.专利申请号为201811260377.5的专利申请分别公开了一种t6状态铝合金导电管材及其制备方法，采用低温455
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465℃，长时保温16
‑
18小时，制得型材硬度hb≥75，电导率最高为56.8%iacs，同样面临着电导率不足问题。
6.专利申请号为202010520836x的专利申请分别公开了一种高导电铝合金板带的制备方法，采用增加稀土元素er0.03~0.05%形成弥散的析出强化相，面临着制造成本上升问题。
7.本发明对铝合金化学成分进行优化，采用热轧料（无需冷轧）直接固溶和时效处理，使得该铝合金带材具有较高的强度和优异的电导率，抗拉强度≥220mpa，屈服强度≥195mpa，电导率≥58%iacs，满足钣金折弯要求（翻边因子r
min
/t≤0.50），可广泛应用在高导电汽车及储能等领域。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种高导电6系铝板及其制备方法，工艺流程搭配合理，生产成本较低。
9.为实现本发明的目的，采用如下技术方案：一种短流程高导电6系铝合金板带材：所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：si 0.40
‑
0.46%，fe 0.06~0.12%，cu 0.01~0.04%，mn 0.01~0.03%，mg 0.40
‑
0.50%，
cr≤0.02%，zn≤0.05%，ti ≤0.02%，余量为铝及不可避免杂质。
10.一种短流程高导电6系铝板的制备方法：以铝锭、铝中间合金锭、电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、固溶淬火、预拉伸、时效、切板制得高导电6系铝合金板带材。
11.具体制备方法包括以下步骤：（1）按照合金成分配比，将铝锭、铝中间合金锭和电解铝水原料经熔化、精炼、除渣、除气后半连续铸造成铝合金扁锭；（2）铝合金扁锭经铣面后进入立推炉进行均匀化热处理，出炉后热轧至厚度2
‑
6mm的热轧卷，终轧温度270~300℃；（3）将步骤（2）得到热轧卷经连续气垫炉进行固溶、淬火和预拉伸处理；（4）将步骤（3）得到过饱和固溶状态卷进行200℃~220℃/5~12h时效处理；（5）将步骤（4）获得的卷材经纵切机或横切成所需的规格，最终制得高导电6系铝合金板带材。
12.步骤（2）所述均匀化热处理的条件为：先升温540~560℃，保温4
‑
8小时，再降温至500~510℃，保温1
‑
2小时。
13.步骤（3）中固溶处理温度为500~530℃，保温10~30s；淬火处理采用水淬或风冷，速度≥10℃/s；预拉伸率为0.5%~2%。
14.本发明的有益效果在于：本发明采用热轧料直接固溶和时效处理，减少了冷轧道次，缩短周期及降低成本，同时所制得的铝合金性能优良，即抗拉强度≥220mpa，屈服强度≥195mpa，电导率≥58%iacs，满足钣金折弯要求（翻边因子r
min
/t≤0.50，r
min
为180度折弯最小半径，t为材料厚度）。
附图说明
15.图1为钣金折弯对比图（左侧为对比折弯橘皮样品；右侧为本发明实施例2折弯合格样品）；图2为成品晶粒对比图（a为本发明实施例1样品平均晶粒尺寸110.32μm；b为对比样品平均晶粒尺寸234.64μm）。
具体实施方式
16.以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
17.导热与金属中自由电子导电理论基本一致，即金属材料的电导率和导热系数之间遵循维德曼
‑
弗朗兹定律(wiedeman
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franz)，数学表达式如下：l=λ/（σ﹡t），其中λ为导热系数，σ为导电系数，t温度，l为洛伦兹常数。由此可知，金属的导电系数越高，热导率也越高。
18.影响6系铝合金导电导热系数的因素较多，如合金元素种类和含量、组织中的晶格畸变程度、缺陷、杂质、第二相及其形貌、尺寸和分布等有关。
19.本发明着眼于能提供一种短流程高导电6系铝合金板带，涉及的组成成分的质量分数为：si0.40
‑
0.46%，fe0.06~0.12%，cu 0.01~0.04%%，mn0.01~0.03%，mg0.40
‑
0.50%，cr≤0.02%，zn≤0.05%，ti ≤0.02%，余量为铝及不可避免杂质。
20.mg、si作为重要元素，si过剩型容易促进mg2si析出强化，但si过量容易使材料变
硬变脆。
21.适当的fe可以增加α
‑
al形核率，细化晶粒，减少成型时橘皮开裂风险，但晶界数量增多，对自由电子的运动有着强烈的阻碍作用，降低导电及导热性能，与此同时fe在铝合金中的溶解度很低，过量fe形成粗大难熔alfemn相，影响制品的塑性。因此控制fe 0.06~0.12%。
22.适量添加cu可以减轻6系铝合金的停放效应，能有效降低自然时效速度，减轻停放的不利影响，少量的cu固溶于α
‑
al中形成cual2相，起到补充强化的作用。但cu过多会降低合金的塑性和耐腐蚀性。因此，cu含量宜控制在0.01~0.04%以下。
23.通过添加适当的mn，形成mnal6金属化合物，在均匀化或固溶处理过程中， mnal6以弥散质点析出并聚集在晶界处，阻碍了晶粒的长大和聚集。同时将合金中的fe溶解其中，以达到减少有害相。但是加入过多的mn，反而容易生产硬质多边状初生相，降低合金的加工性能。因此控制mn含量在0.01~0.03％。
24.限制cr、ti、zn影响电导率有害元素的使用。
25.经热轧、固溶淬火、预拉伸、时效制得一种高导电6系铝板。
26.均匀化热处理：第一阶段采用540~560℃，保温4
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8小时有效促使铸造非平衡相完全溶解到基体晶粒中，改善铸锭组织均匀性。第二阶段降温至500~510℃，保温1
‑
2小时，促使部分细小相均匀析出，降低基体过饱和固溶度，减缓热轧温降过程中的偏聚析出长大，避免后续固溶过程中因尺寸过大而不能完全回溶而使得性能下降。
27.固溶处理既是一个析出相重新回溶的过程，也是经轧制扁长晶粒重新再结晶的过程。在连续气垫炉上，采用固溶温度500~530℃，保温10~30s，水淬或风冷速度≥10℃/s，确保了充分固溶，也避免了晶粒的异常长大。
28.适当增加预拉伸率0.5%~2%，将产生更多的滑移位错，后续的时效析出驱动力增强，获得更好的时效强度，与此同时，析出相的增加将使固溶原子贫化，晶格畸变程度减轻，电导率得以进一步提升。
29.采用时效工艺为200℃~220℃/5~12h，将使得材料获得优良的力学性能和电导率。
30.下面就以具体得实行例子来进行说明。
31.实施例1 一种短流程高导电6系铝板，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：si0.42%，fe0.08%，cu0.03%，mn0.01%，mg0.45%，cr0.002%，zn0.003%，ti 0.007%，余量为铝及不可避免杂质。
32.所述一种短流程高导电6系铝板的制作方法为：以铝锭、铝中间合金锭、电解铝水等原料，经熔炼、铸造、热轧、固溶淬火、预拉伸、时效制得一种高导电6系铝板。具体包括以下步骤：（1）按照合金成分配比，将铝锭、铝中间合金锭和电解铝水原料经熔化、精炼、除渣、除气后半连续铸造成铝合金扁锭；（2）铝合金扁锭经铣面后进入立推炉进行540℃/5h+500℃/2h均匀化热处理，出炉后热轧至厚度5mm的热轧卷，终轧温度270℃；（3）将步骤（2）得到热轧卷经连续气垫炉进行520℃/20s+15℃/s淬火速率+0.5%预拉伸处理；
（4）将步骤（3）得到过饱和固溶状态卷进行200℃/12h时效处理；（5）将步骤（4）获得的卷材经纵切机或横切成所需的规格，最终制得一种高导电6系铝板。
33.本发明所制得的铝合金带材抗拉强度225mpa，屈服强度201mpa，电导率58.5%iacs，满足钣金折弯要求(翻边因子r
min
/t=0.33)。
34.实施例2 一种短流程高导电6系铝板，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：si0.45%，fe0.12%，cu0.02%，mn0.03%，mg0.48%，cr0.008%，zn0.009%，ti 0.01%，余量为铝及不可避免杂质。
35.所述一种短流程高导电6系铝板的制作方法为：以铝锭、铝中间合金锭、电解铝水等原料，经熔炼、铸造、热轧、固溶淬火、预拉伸、时效制得一种高导电6系铝板。具体包括以下步骤：（1）按照合金成分配比，将铝锭、铝中间合金锭和电解铝水原料经熔化、精炼、除渣、除气后半连续铸造成铝合金扁锭；（2）铝合金扁锭经铣面后进入立推炉进行560℃/6h+510℃/2h均匀化热处理，出炉后热轧至厚度3mm的热轧卷，终轧温度300℃；（3）将步骤（2）得到冷轧卷经连续气垫炉进行500℃/30s+12℃/s淬火速率+2%预拉伸处理；（4）将步骤（3）得到过饱和固溶状态卷进行220℃/6h的时效处理；（5）将步骤（4）获得的卷材经纵切机或横切成所需的规格，最终制得一种高导电6系铝板。
36.本发明所制得的铝合金带材抗拉强度227mpa，屈服强度194mpa，电导率58.3%iacs，满足钣金折弯要求(翻边因子r
min
/t=0.15)。
37.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。