CN103436746A - 一种极耳专用含稀土铝合金箔及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极耳专用含稀土铝合金箔及其制备方法，在该铝合金中含有铁、硅、稀土、铜、锌、钛、锰、镁，其余为铝和不可避免的杂质。铝合金箔的制备方法包括配料、熔化、搅拌、精炼、静置、除气扒渣、过滤除渣、连续铸轧、冷轧、再结晶退火、箔轧、分切及二次退火。本发明生产成本低，生产的极耳专用含稀土铝合金箔具有良好的成形性和优良的力学性能，其组织均匀、冶金缺陷少、各向异性小、强度高、延展性好、厚度均匀、平直度好；其表面光洁、平整、无色差、无条纹、无油斑、无印痕和花边等；其端面整齐、无毛刺、无串层、无塔形等，质量稳定可靠。

Description

一种极耳专用含稀土铝合金箔及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金材料及铝合金箔材加工技术领域，具体涉及一种极耳专用含稀土铝合金箔及其制备方法。

背景技术

极耳，是锂离子聚合物电池产品的一种原材料。手机电池、蓝牙电池、笔记本电池等都需要用到极耳。电池是分正负极的，极耳就是从电芯中将正负极引出来的金属导电体，通俗地说，就是电池正负两极的耳朵在进行充放电时的接触点。这个接触点是电池内部的一种连接。现有技术中极耳分为三种材料，电池的正极使用铝（Al）材料，负极使用镍（Ni）材料，负极也有使用铜镀镍（Ni-Cu）材料的，极耳是由胶片和上述金属带两部分复合而成。

极耳铝箔就是生产极耳正极的材料，即锂离子聚合物电池产品的铝导电体。铝导体电性能的优劣，直接关系到电能在输送过程中的损耗量。因此，各国都十分重视如何进一步提高铝导体的电性能。

国内铝箔大部分是用连续铸轧法生产的。现有技术中连续铸轧法生产的铝箔坯料不仅成本较低，而且坯料质量也可基本满足铝箔生产的要求。但随着用户对铝箔质量要求的提高，铝箔生产企业对铝箔坯料质量的要求也越来越高，要保证极耳铝箔高电导率及高力学性能的要求，必须首先保证极耳铝箔坯料的质量，即要保证铸轧坯料金属纯净度高、表面质量优、尺寸精确公差较小，其次要板形平整，特别是铸轧板的同板横、纵向差及横向凸度率均不得大于板厚的1%。因此需要从根本上提高锂离子聚合物电池产品的导电体极耳铝箔的制备质量。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，设计一种用于锂离子聚合物电池产品的导电体极耳专用含稀土铝合金箔，该铝合金箔综合性能改善明显，强度、塑性均有所提高，箔材组织均匀、化学成分范围窄、性能优良、表面平整无波浪、色泽一致。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种极耳专用含稀土铝合金箔，其特征在于，在所述铝合金中含有0.10~0.30wt%的铁、0.05~0.10 wt %的硅、0.05~0.10wt%的稀土、小于等于0.05wt %的铜、小于等于0.05wt%的锌、小于等于0.05wt%的钛、小于等于0.03wt%的锰、小于等于0.03wt%的镁，其余的含量为铝和不可避免的杂质。

其中优选的技术方案是，在所述铝合金中含有0.20~0.25wt%的铁、0.05~0.08%的硅、0.05~0.08wt%的稀土、小于等于0.03 wt %的铜、小于等于0.01wt%的锌、小于等于0.03wt%的钛、小于等于0.01wt%的锰、小于等于0.01wt%的镁，其余的含量为铝和不可避免的杂质。

本发明还提供了一种极耳专用含稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下加工步骤：

S1：按权利要求1或2所述的配比配置原料，装入熔炼炉熔化；

S2：对熔化后的原料进行搅拌、扒渣、调整原料成分及精炼处理；

S3：将精炼后的熔体转入静置炉内再进行除气除杂精炼及静置处理；

S4：将二次精炼处理后的熔体连续充入旋转除气箱进行除气扒渣处理；

S5：将扒渣处理后的熔体经过滤箱的微米级双通道双级陶瓷过滤板进行过滤除渣；

S6：将过滤除渣后所得熔体连续送到前箱内，前箱底部有连通横浇道，熔体经横浇道注入位于铸轧机的两个转动的铸轧辊间的供料嘴，轧成铸轧卷；

S7：将S6所得铸轧卷经多次冷轧至厚度0.38~0.65mm；

S8：对S7所得铝卷材进行炉气控温方式的中间完全再结晶退火，即在炉温≤100℃时装炉，然后将炉温升到450℃、保温10小时；再用2小时将炉温降到360℃，在此温度保温6小时后出炉空冷；

S9：箔轧，将S8中退火后的铝箔进一步轧制至极耳专用含稀土铝合金箔成品所需厚度；

S10：将S9所得铝箔分切，并对分切的成品根据用户不同的力学性能要求进行第二次成品退火。

其中，优选的技术方案为，所述S1中熔炼炉熔炼温度为720~760℃。

优选的技术方案还可以为，所述S2中熔炼炉中对熔体除气除杂的精炼温度为740~750℃，所述精炼处理为采用自熔炼炉炉底的透气砖周期性地向炉内通入高纯氮气。

优选的技术方案还可以为，所述S3中转入静置炉的熔体温度为730~760℃，静置炉内精炼温度为740~750℃。

优选的技术方案还可以为，所述S6中前箱液面高度为16±1mm；铸轧机合金浇注温度为690~695℃，铸轧区长度为58~62mm；铸轧速度为1000~1200mm/min；轧制力为330~430t；铸轧冷却采用水冷方式，冷却强度为入口水温低于30℃、水压3~5kg/cm2。

优选的技术方案还可以为，所述S1中纯铝废料的总投入量不大于20wt%，其中二级纯铝废料不大于10wt%，原铝锭投入量不小于80%。

优选的技术方案还可以为，所述S7中冷轧辊凸度为：上辊0.02mm、下辊为平辊；S9中箔轧辊凸度为：上辊0.06mm、下辊0.06mm；箔轧轧辊热凸度的工艺冷却采用油冷和弯辊冷却结合的方式。

优选的技术方案还可以为，所述S7中轧制为五至六次冷轧，分别将铝合金铸轧卷轧制成3.3mm、2.8mm、1.8mm、1.1mm、0.65mm、0.38mm厚的铝合金冷轧卷。

本发明的优点和有益效果在于：

1、硅在该铝合金中不仅严重危害铝的电性能，同时有导致铸造热裂和加工裂纹的倾向，铁可以与硅生成化合物形成α（Al₁₂Fe₃Si₂）相和β（Al₉Fe₃Si₂）相；本发明对铝合金箔中的硅杂质和铁含量进行控制，缩小了结晶温度范围，合金裂纹倾向性显著下降，还可以防止铝合金退火后出现粗大晶粒组织； 

2、铝合金箔中钛以Al-5Ti-1B合金连续杆状形式加入铝熔体中，形成Al₃Ti和TiB₂相化合物，成为结晶时的非自发核心，起细化铸轧组织的作用；在再结晶退火过程中，起二次再结晶晶粒形核作用，有利合金塑性的提高；

3、稀土元素作为表面活性元素加入到铝合金中，不仅起到微合金化的作用，而且能与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力，能生成熔点高的化合物，具有一定的除氢、净化熔体的作用；同时，稀土元素化学活性强，可在长大的第二相界面上选择性地吸附，阻碍第二相生长，结果导致第二相变质。稀土元素加入工业纯铝中，可减少硅的固溶度，改变杂质的分布状态，使合金铸态组织得到细化，减小了对传导电子的散射，提高铝合金的导电性能3~7%，并使合金电阻率降低2%以上。稀土元素对合金组织的改善以及弥散的稀土化合物有强烈的沉淀强化效应，可以导致铝合金断裂过程中裂纹萌生位置与扩展途径发生改变，因此可提高铝合金的强度、塑性和韧性； 

4、本发明中合金组分和制备方法可保证实现铸轧生产的连续化，生产成本低，极耳专用含稀土铝合金箔具有良好的成形性和优良的力学性能，其组织均匀、冶金缺陷少、各向异性小、强度较高、延展性好、厚度均匀、平直度好；其表面光洁、平整、无色差、无条纹、无油斑、无印痕和花边等；其端面整齐、无毛刺、无串层、无塔形等，质量稳定可靠。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

    实施例1

实施例1为 0.08mm ×240mm  H18  极耳专用含稀土铝合金箔

极耳专用含稀土铝合金箔具体化学成分（质量分数）为：Fe：0.22 wt %、Si：0.06 wt %、RE（稀土）：0.06 wt %、Cu：0.02 wt %、Mn：0.01 wt %、Mg:≤0.01 wt %、Zn：≤0.01 wt %、Ti：≤0.02 wt %、余量为Al。

a、铸轧卷的生产工艺流程是：熔炉准备→炉料准备→装炉→熔化→搅拌与扒渣→调整成分→炉内处理（第一次精炼）→转炉及静置（第二次精炼）→除气箱除气扒渣→过滤箱双通道双级陶瓷过滤板过滤除渣→铸轧成6.5mm厚的连续铸轧板，然后收卷成铸轧卷（即铸轧板带材），其中炉料准备中对废料的规定是：废料使用1060、1070纯铝废料，总投入量≤20％（其中二级废料应≤10%），原铝锭≥80％；

b、冷轧、箔轧制备方法的工艺流程为：6.5mm铸轧卷→3.3→2.8→1.8→1.1→0.65（切边）→0.38→中间完全再结晶退火(450℃/10h→360℃/6h)→转箔轧→0.22→0.13→0.08→分切→检验包装

中间退火采用完全再结晶退火，工艺为：采用炉气控温方式退火，炉温≤100℃装炉，炉温升温到450℃，保温10小时，2小时降温到360℃后，保温6小时出炉空冷。

c、所述将铸轧板带材冷轧到0.38mm，加工率为94.15%。经再结晶退火后，用箔轧机冷轧到0.08mm，加工率为78.94%，以保证获得H18状态的合格产品。

实施例2

实施例2为 0.10×240mm  H24  极耳专用含稀土铝合金箔

极耳专用含稀土铝合金箔具体化学成分（质量分数）为：Fe：0.23 wt %、Si：0.07 wt %、RE（稀土）：0.07 wt %、Cu：0.02 wt %、Mn：0.01 wt %、Mg:≤0.01 wt %、Zn：≤0.01 wt %、Ti：≤0.02 wt %、余量为Al。

a、铸轧卷的生产工艺流程是：熔炉准备→炉料准备→装炉→熔化→搅拌与扒渣→调整成分→炉内处理（第一次精炼）→转炉及静置（第二次精炼）→除气箱除气扒渣→过滤箱双通道双级陶瓷过滤板过滤除渣→铸轧成6.5mm厚的连续铸轧板，然后收卷成铸轧卷（即铸轧板带材），其中炉料准备中对废料的规定是：废料使用1060、1070纯铝废料，总投入量≤20％（其中二级废料应≤10%），原铝锭≥80％；

b、冷轧、箔轧制备方法的工艺流程为：6.5mm铸轧板→3.3→2.8→1.8→1.1→0.65（切边）→0.38→中间完全再结晶退火(450℃/10h→360℃/6h)→转箔轧→0.23→0.15→0.10→分切→成品退火（H24）(180℃/3h→210℃/20h)→检验包装；

中间退火采用完全再结晶退火，工艺为：采用炉气控温方式退火，炉温≤100℃装炉，炉温升温到450℃，保温10小时，2小时降温到360℃后，保温6小时出炉空冷。

c、所述铸轧板带材冷轧到0.38mm，加工率为94.15%。经再结晶退火后，用轧机轧到0.10mm成品后进行退火，成品退火工艺制度为：常温装炉，2小时升到180℃保温3小时、并打开吹洗风机负压除油，2小时升温到210℃保温20小时，出炉空冷。力学性能达到：铝箔抗拉强度≥125～180 MPa、铝箔延伸率≥6％。

实施例3

实施例3为 0.15×240mm  O态  极耳专用含稀土铝合金箔

极耳专用含稀土铝合金箔具体化学成分（质量分数）为：Fe：0.25 wt %、Si：0.05 wt %、RE（稀土）：0.075 wt %、Cu：0.01 wt %、Mn：0.01 wt %、Mg: ≤0.01 wt %、Zn：≤0.01 wt %、Ti：≤0.02 wt %、余量为Al。

a、铸轧卷的生产工艺流程是：熔炉准备→炉料准备→装炉→熔化→搅拌与扒渣→调整成分→炉内处理（第一次精炼）→转炉及静置（第二次精炼）→除气箱除气扒渣→过滤箱双通道双级陶瓷过滤板过滤除渣→铸轧成6.5mm厚的连续铸轧板，然后收卷成铸轧卷（即铸轧板带材），其中炉料准备中对废料的规定是：废料使用1060、1070纯铝废料，总投入量≤20％（其中二级废料应≤10%），原铝锭≥80％。

b、冷轧、箔轧制备方法的工艺流程为：6.5mm铸轧板→3.3→2.8→1.8→1.1→0.65（切边）→中间完全再结晶退火（450℃/10h→360℃/6h) →0.35→转箔轧→0.22→0.15→分切→成品退火（O态）(180℃/3h→280℃/30h)→检验包装

中间退火采用完全再结晶退火，工艺为：采用炉气控温方式退火，即，炉温≤100℃装炉，炉温升温到450℃，保温10小时，2小时降温到360℃后，保温6小时出炉空冷。

c、所述将铸轧铝板带材冷轧到0.65mm，加工率为90%。经再结晶退火后，轧到0.15mm成品后进行退火，成品退火工艺制度为：常温装炉，2小时升到180℃保温3小时、并打开吹洗风机负压除油，2小时升温到280℃保温30小时，2小时降温到150℃出炉空冷。力学性能达到：铝箔抗拉强度≥80-130 MPa、铝箔延伸率≥15%。

本发明所生产的极耳专用含稀土铝合金箔主要技术指标为：

(a)合金状态：H18、H22、H24、H26、O态 

(b)尺寸规格及允许偏差：

厚度×宽度×长度：0.08~0.15±0.01 × 240±1 × 650~750±20（卷径）mm

(c)力学性能：

原1XXX系铝合金极耳箔：

O态为：铝箔抗拉强度≥60-115 MPa   　铝箔延伸率≥12％；

H22为：铝箔抗拉强度≥90-135 MPa   　铝箔延伸率≥4％；

H24为：铝箔抗拉强度≥110-160 MPa    铝箔延伸率≥4％；

H26为：铝箔抗拉强度≥125-185 MPa    铝箔延伸率≥2％；

H18为：铝箔抗拉强度≥140 MPa        铝箔延伸率无要求。

本发明极耳专用含稀土铝合金箔：

O态为：铝箔抗拉强度≥80-130 MPa      铝箔延伸率≥15％。

H22为：铝箔抗拉强度≥110-155 MPa     铝箔延伸率≥8％。

H24为：铝箔抗拉强度≥125-180 MPa   　铝箔延伸率≥6％。

H26为：铝箔抗拉强度≥140-195 MPa   　铝箔延伸率≥3％。

H18为：铝箔抗拉强度≥160 MPa         铝箔延伸率≥1％。

本发明极耳专用含稀土铝合金箔相比于原来使用的铝合金箔的力学性能有较大幅度的提高。

(d)极耳铝箔产品外观质量：铝箔表面应清洁、平整，无接头，无凹点、腐蚀、开缝、褶皱等现象；表面平滑，无明显翘边、油污、起皱、印痕和花边，切面平整；铝箔展开后无粘连和撕裂现象；无明显其它外观问题。

(e)表面平直度不大于15I。

 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种极耳专用含稀土铝合金箔，其特征在于，在所述铝合金中含有0.10~0.30wt%的铁、0.05~0.10 wt %的硅、0.05~0.10wt%的稀土、小于等于0.05wt %的铜、小于等于0.05wt%的锌、小于等于0.05wt%的钛、小于等于0.03wt%的锰、小于等于0.03wt%的镁，其余的含量为铝和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的极耳专用含稀土铝合金箔，其特征在于，在所述铝合金中含有0.20~0.25wt%的铁、0.05~0.08%的硅、0.05~0.08wt%的稀土、小于等于0.03 wt %的铜、小于等于0.01wt%的锌、小于等于0.03wt%的钛、小于等于0.01wt%的锰、小于等于0.01wt%的镁，其余的含量为铝和不可避免的杂质。

3.一种极耳专用含稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下加工步骤：

S1：按权利要求1或2所述的配比配置原料，装入熔炼炉熔化；

S2：对熔化后的原料进行搅拌、扒渣、调整原料成分及精炼处理；

S3：将精炼后的熔体转入静置炉内再进行除气除杂精炼及静置处理；

S4：将二次精炼处理后的熔体连续充入旋转除气箱进行除气扒渣处理；

S5：将扒渣处理后的熔体经过滤箱的微米级双通道双级陶瓷过滤板进行过滤除渣；

S6：将过滤除渣后所得熔体连续送到前箱内，前箱底部有连通横浇道，熔体经横浇道注入位于铸轧机的两个转动的铸轧辊间的供料嘴，轧成铸轧卷；

S7：将S6所得铸轧卷经多次冷轧至厚度0.38~0.65mm；

S8：对S7所得铝卷材进行炉气控温方式的中间完全再结晶退火，即在炉温≤100℃时装炉，然后将炉温升到450℃、保温10小时；再用2小时将炉温降到360℃，在此温度保温6小时后出炉空冷；

S9：箔轧，将S8中退火后的铝箔进一步轧制至极耳专用含稀土铝合金箔成品所需厚度；

S10：将S9所得铝箔分切，并对分切的成品根据用户不同的力学性能要求进行第二次成品退火。

4.如权利要求3所述极耳专用含稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于，所述S1中熔炼炉熔炼温度为720~760℃。

5.如权利要求3所述极耳专用含稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于，所述S2中熔炼炉中对熔体除气除杂的精炼温度为740~750℃，所述精炼处理为采用自熔炼炉炉底的透气砖周期性地向炉内通入高纯氮气。

6.如权利要求3所述极耳专用含稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于，所述S3中转入静置炉的熔体温度为730~760℃，静置炉内精炼温度为740~750℃。

7.如权利要求3所述极耳专用含稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于，所述S6中前箱液面高度为16±1mm；铸轧机合金浇注温度为690~695℃，铸轧区长度为58~62mm；铸轧速度为1000~1200mm/min；轧制力为330~430t；铸轧冷却采用水冷方式，冷却强度为入口水温低于30℃、水压3~5kg/cm2。

8.如权利要求3所述极耳专用含稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于，所述S1中纯铝废料的总投入量不大于20wt%，其中二级纯铝废料不大于10wt%，原铝锭投入量不小于80%。

9.如权利要求3所述极耳专用含稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于，所述S7中冷轧辊凸度为：上辊0.02mm、下辊为平辊；S9中箔轧辊凸度为：上辊0.06mm、下辊0.06mm；箔轧轧辊热凸度的工艺冷却采用油冷和弯辊冷却结合的方式。

10.如权利要求3所述极耳专用含稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于，所述S7中轧制为五至六次冷轧，分别将铝合金铸轧卷轧制成3.3mm、2.8mm、1.8mm、1.1mm、0.65mm、0.38mm厚的铝合金冷轧卷。