一種極耳專用含稀土鋁合金箔及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種極耳專用含稀土鋁合金箔及其制備方法，在該鋁合金中含有鐵、硅、稀土、銅、鋅、鈦、錳、鎂，其余為鋁和不可避免的雜質。鋁合金箔的制備方法包括配料、熔化、攪拌、精煉、靜置、除氣扒渣、過濾除渣、連續(xù)鑄軋、冷軋、再結晶退火、箔軋、分切及二次退火。本發(fā)明生產成本低，生產的極耳專用含稀土鋁合金箔具有良好的成形性和優(yōu)良的力學性能，其組織均勻、冶金缺陷少、各向異性小、強度高、延展性好、厚度均勻、平直度好；其表面光潔、平整、無色差、無條紋、無油斑、無印痕和花邊等；其端面整齊、無毛刺、無串層、無塔形等，質量穩(wěn)定可靠。
【專利說明】一種極耳專用含稀土鋁合金箔及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金材料及鋁合金箔材加工【技術領域】，具體涉及一種極耳專用含稀土鋁合金箔及其制備方法。
【背景技術】
[0002]極耳，是鋰離子聚合物電池產品的一種原材料。手機電池、藍牙電池、筆記本電池等都需要用到極耳。電池是分正負極的，極耳就是從電芯中將正負極引出來的金屬導電體，通俗地說，就是電池正負兩極的耳朵在進行充放電時的接觸點。這個接觸點是電池內部的一種連接?，F有技術中極耳分為三種材料，電池的正極使用鋁(Al)材料，負極使用鎳(Ni)材料，負極也有使用銅鍍鎳(N1-Cu)材料的，極耳是由膠片和上述金屬帶兩部分復合而成。
[0003]極耳鋁箔就是生產極耳正極的材料，即鋰離子聚合物電池產品的鋁導電體。鋁導體電性能的優(yōu)劣，直接關系到電能在輸送過程中的損耗量。因此，各國都十分重視如何進一步提聞招導體的電性能。
[0004]國內鋁箔大部分是用連續(xù)鑄軋法生產的?，F有技術中連續(xù)鑄軋法生產的鋁箔坯料不僅成本較低，而且坯料質量也可基本滿足鋁箔生產的要求。但隨著用戶對鋁箔質量要求的提高，鋁箔生產企業(yè)對鋁箔坯料質量的要求也越來越高，要保證極耳鋁箔高電導率及高力學性能的要求，必須首先保證極耳鋁箔坯料的質量，即要保證鑄軋坯料金屬純凈度高、表面質量優(yōu)、尺寸精確公差較小，其次要板形平整，特別是鑄軋板的同板橫、縱向差及橫向凸度率均不得大于板厚的1%。因此需要從根本上提高鋰離子聚合物電池產品的導電體極耳鋁箔的制備質量。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在 于解決現有技術中存在的問題，設計一種用于鋰離子聚合物電池產品的導電體極耳專用含稀土鋁合金箔，該鋁合金箔綜合性能改善明顯，強度、塑性均有所提高，箔材組織均勻、化學成分范圍窄、性能優(yōu)良、表面平整無波浪、色澤一致。
[0006]為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案是提供一種極耳專用含稀土鋁合金箔，其特征在于，在所述鋁合金中含有0.10?0.30wt%的鐵、0.05?0.10 wt %的硅、0.05?0.10wt%的稀土、小于等于0.05wt %的銅、小于等于0.05wt%的鋅、小于等于0.05wt%的鈦、小于等于0.03wt%的錳、小于等于0.03wt%的鎂，其余的含量為鋁和不可避免的雜質。
[0007]其中優(yōu)選的技術方案是，在所述鋁合金中含有0.2(H).25wt%的鐵、0.05、.08%的硅、0.05?0.08wt%的稀土、小于等于0.03 wt %的銅、小于等于0.01wt%的鋅、小于等于
0.03wt%的鈦、小于等于0.01wt%的錳、小于等于0.01wt%的鎂，其余的含量為鋁和不可避免的雜質。
[0008]本發(fā)明還提供了一種極耳專用含稀土鋁合金箔的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下加工步驟:
S1:按權利要求1或2所述的配比配置原料，裝入熔煉爐熔化；52:對熔化后的原料進行攪拌、扒渣、調整原料成分及精煉處理；
53:將精煉后的熔體轉入靜置爐內再進行除氣除雜精煉及靜置處理；
54:將二次精煉處理后的熔體連續(xù)充入旋轉除氣箱進行除氣扒渣處理；
55:將扒渣處理后的熔體經過濾箱的微米級雙通道雙級陶瓷過濾板進行過濾除渣；
56:將過濾除渣后所得熔體連續(xù)送到前箱內，前箱底部有連通橫澆道，熔體經橫澆道注入位于鑄軋機的兩個轉動的鑄軋輥間的供料嘴，軋成鑄軋卷；
57:將S6所得鑄軋卷經多次冷軋至厚度0.38、.65mm ；
58:對S7所得鋁卷材進行爐氣控溫方式的中間完全再結晶退火，即在爐溫< 100°C時裝爐，然后將爐溫升到450°C、保溫10小時；再用2小時將爐溫降到360°C，在此溫度保溫6小時后出爐空冷；
S9:箔軋，將S8中退火后的鋁箔進一步軋制至極耳專用含稀土鋁合金箔成品所需厚
度；
SlO:將S9所得鋁箔分切，并對分切的成品根據用戶不同的力學性能要求進行第二次成品退火。
[0009]其中，優(yōu)選的技術方案為，所述SI中熔煉爐熔煉溫度為72(T760°C。
[0010]優(yōu)選的技術方案還可以為，所述S2中熔煉爐中對熔體除氣除雜的精煉溫度為74(T750°C，所述精煉處理為.采用自熔煉爐爐底的透氣磚周期性地向爐內通入高純氮氣。
[0011]優(yōu)選的技術方案還可以為，所述S3中轉入靜置爐的熔體溫度為73(T760°C，靜置爐內精煉溫度為74(T750°C。
[0012]優(yōu)選的技術方案還可以為，所述S6中前箱液面高度為16±lmm;鑄軋機合金澆注溫度為69(T695°C，鑄軋區(qū)長度為58?62mm ;鑄軋速度為100(Tl200mm/min ;軋制力為330?430t ;鑄軋冷卻采用水冷方式，冷卻強度為入口水溫低于30°C、水壓3?5kg/cm2。
[0013]優(yōu)選的技術方案還可以為，所述SI中純鋁廢料的總投入量不大于20wt%，其中二級純招廢料不大于10wt%,原招錠投入量不小于80%。
[0014]優(yōu)選的技術方案還可以為，所述S7中冷軋輥凸度為:上輥0.02mm、下輥為平輥；S9中箔軋輥凸度為:上輥0.06mm、下輥0.06mm ;箔軋軋輥熱凸度的工藝冷卻采用油冷和彎輥冷卻結合的方式。
[0015]優(yōu)選的技術方案還可以為，所述S7中軋制為五至六次冷軋，分別將鋁合金鑄軋卷軋制成 3.3mm、2.8mm、1.8mm、1.lmm、0.65mm、0.38mm 厚的招合金冷軋卷。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于:
1、硅在該鋁合金中不僅嚴重危害鋁的電性能，同時有導致鑄造熱裂和加工裂紋的傾向，鐵可以與硅生成化合物形成a (Al12Fe3Si2)相和β (Al9Fe3Si2)相；本發(fā)明對鋁合金箔中的硅雜質和鐵含量進行控制，縮小了結晶溫度范圍，合金裂紋傾向性顯著下降，還可以防止鋁合金退火后出現粗大晶粒組織；
2、鋁合金箔中鈦以Al-5T1-lB合金連續(xù)桿狀形式加入鋁熔體中，形成Al3Ti和TiB2相化合物，成為結晶時的非自發(fā)核心，起細化鑄軋組織的作用；在再結晶退火過程中，起二次再結晶晶粒形核作用，有利合金塑性的提高；
3、稀土元素作為表面活性元素加入到鋁合金中，不僅起到微合金化的作用，而且能與氫等氣體和許多非金屬有較強的親和力，能生成熔點高的化合物，具有一定的除氫、凈化熔體的作用；同時，稀土元素化學活性強，可在長大的第二相界面上選擇性地吸附，阻礙第二相生長，結果導致第二相變質。稀土元素加入工業(yè)純鋁中，可減少硅的固溶度，改變雜質的分布狀態(tài)，使合金鑄態(tài)組織得到細化，減小了對傳導電子的散射，提高鋁合金的導電性能3?7%,并使合金電阻率降低2%以上。稀土元素對合金組織的改善以及彌散的稀土化合物有強烈的沉淀強化效應，可以導致鋁合金斷裂過程中裂紋萌生位置與擴展途徑發(fā)生改變，因此可提高鋁合金的強度、塑性和韌性；
4、本發(fā)明中合金組分和制備方法可保證實現鑄軋生產的連續(xù)化，生產成本低，極耳專用含稀土鋁合金箔具有良好的成形性和優(yōu)良的力學性能，其組織均勻、冶金缺陷少、各向異性小、強度較高、延展性好、厚度均勻、平直度好；其表面光潔、平整、無色差、無條紋、無油斑、無印痕和花邊等；其端面整齊、無毛刺、無串層、無塔形等，質量穩(wěn)定可靠。
【具體實施方式】
[0017]下面結合實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0018]實施例1
實施例1為0.08mm X 240mm H18極耳專用含稀土鋁合金箔極耳專用含稀土鋁合金箔具體化學成分(質量分數)為:Fe:0.22 wt %、S1:0.06 wt %、RE (稀土):0.06 wt %、Cu:0.02 wt %、Mn:0.01 wt %、Mg: ≤ 0.01 wt %、Zn S 0.01 wt %、Ti 0.02 wt %、余量為 Al。
[0019]a、鑄軋卷的生產工藝流程是:熔爐準備一爐料準備一裝爐一熔化一攪拌與扒渣—調整成分一爐內處理(第一次精煉)一轉爐及靜置(第二次精煉)一除氣箱除氣扒渣一過濾箱雙通道雙級陶瓷過濾板過濾除渣一鑄軋成6.5mm厚的連續(xù)鑄軋板，然后收卷成鑄軋卷(即鑄軋板帶材)，其中爐料準備中對廢料的規(guī)定是:廢料使用1060、1070純鋁廢料，總投入量≤ 20% (其中二級廢料應≤10%)，原鋁錠≤80% ；
b、冷軋、箔軋制備方法的工藝流程為:6.5mm鑄軋卷一3.3 — 2.8 — 1.8 — 1.1 — 0.65(切邊)一0.38 —中間完全再結晶退火(450 V /IOh — 360 V /6h)—轉箔軋—0.22 — 0.13 — 0.08 —分切一檢驗包裝
中間退火采用完全再結晶退火，工藝為:采用爐氣控溫方式退火，爐溫< 100°C裝爐，爐溫升溫到450°C，保溫10小時，2小時降溫到360°C后，保溫6小時出爐空冷。
[0020]C、所述將鑄軋板帶材冷軋到0.38mm，加工率為94.15%。經再結晶退火后，用箔軋機冷軋到0.08mm，加工率為78.94%，以保證獲得H18狀態(tài)的合格產品。
[0021]實施例2
實施例2為0.10 X 240mm H24極耳專用含稀土鋁合金箔
極耳專用含稀土鋁合金箔具體化學成分(質量分數)為:Fe:0.23 wt %、S1:0.07 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 %、余量為 Al。
[0022]a、鑄軋卷的生產工藝流程是:熔爐準備一爐料準備一裝爐一熔化一攪拌與扒渣—調整成分一爐內處理(第一次精煉)一轉爐及靜置(第二次精煉)一除氣箱除氣扒渣一過濾箱雙通道雙級陶瓷過濾板過濾除渣一鑄軋成6.5mm厚的連續(xù)鑄軋板，然后收卷成鑄軋卷(即鑄軋板帶材)，其中爐料準備中對廢料的規(guī)定是:廢料使用1060、1070純鋁廢料，總投入量≤20% (其中二級廢料應≤10%)，原鋁錠≥80% ；
b、冷軋、箔軋制備方法的工藝流程為:6.5mm鑄軋板一3.3 — 2.8 — 1.8 — 1.1 — 0.65(切邊)一0.38 —中間完全再結晶退火(450 V /IOh — 360 V /6h)—轉箔軋—0.23 — 0.15 — 0.10 —分切一成品退火(H24) (180°C /3h — 210°C /20h)—檢驗包裝；中間退火采用完全再結晶退火，工藝為:采用爐氣控溫方式退火，爐溫≤100°C裝爐，爐溫升溫到450°C，保溫10小時，2小時降溫到360°C后，保溫6小時出爐空冷。
[0023]C、所述鑄軋板帶材冷軋到0.38mm，加工率為94.15%。經再結晶退火后，用軋機軋到0.1Omm成品后進行退火，成品退火工藝制度為:常溫裝爐，2小時升到180°C保溫3小時、并打開吹洗風機負壓除油，2小時升溫到210°C保溫20小時，出爐空冷。力學性能達到:招箔抗拉強≥125-180 MPa、鋁箔延伸率≥6%。
[0024]實施例3
實施例3為0.15X240_ O態(tài)極耳專用含稀土鋁合金箔
極耳專用含稀土鋁合金箔具體化學成分(質量 分數)為:Fe:0.25 wt %、S1:0.05 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 %、余量為 Al。
[0025]a、鑄軋卷的生產工藝流程是:熔爐準備一爐料準備一裝爐一熔化一攪拌與扒渣—調整成分一爐內處理(第一次精煉)一轉爐及靜置(第二次精煉)一除氣箱除氣扒渣一過濾箱雙通道雙級陶瓷過濾板過濾除渣一鑄軋成6.5mm厚的連續(xù)鑄軋板，然后收卷成鑄軋卷(即鑄軋板帶材 )，其中爐料準備中對廢料的規(guī)定是:廢料使用1060、1070純鋁廢料，總投入量≤20% (其中二級廢料應≤10%)，原鋁錠≥80%。
[0026]b、冷軋、箔軋制備方法的工藝流程為:6.5mm鑄軋板
—3.3 — 2.8 — 1.8 — 1.1 — 0.65(切邊)一中間完全再結晶退火(450°C /IOh — 360°C /6h)—0.35 —轉箔軋一0.22 — 0.15 —分切一成品退火(O 態(tài))(180°C /3h — 280°C /30h)—檢驗包裝
中間退火采用完全再結晶退火，工藝為:采用爐氣控溫方式退火，即，爐溫≤100°C裝爐，爐溫升溫到450°C，保溫10小時，2小時降溫到360°C后，保溫6小時出爐空冷。
[0027]C、所述將鑄軋鋁板帶材冷軋到0.65mm,加工率為90%。經再結晶退火后，軋到
0.15_成品后進行退火，成品退火工藝制度為:常溫裝爐，2小時升到180°C保溫3小時、并打開吹洗風機負壓除油，2小時升溫到280°C保溫30小時，2小時降溫到150°C出爐空冷。力學性能達到 :鋁箔抗拉強度≥80-130 MPa、鋁箔延伸率≥15%。
[0028]本發(fā)明所生產的極耳專用含稀土鋁合金箔主要技術指標為:
(a)合金狀態(tài):H18、H22、H24、H26、O態(tài)
(b)尺寸規(guī)格及允許偏差:
厚度 X 寬度 X 長度:0.08-0.15±0.01 X 240±1 X 650-750±20 (卷徑)mm
(c)力學性能:
原IXXX系鋁合金極耳箔:
O態(tài)為:鋁箔抗拉強度≥60-115 MPa 鋁箔延伸率≥12% ；
H22為:鋁箔抗拉強度≥90-135 MPa 鋁箔延伸率≥4% ；H24為:鋁箔抗拉強度≤110-160 MPa 鋁箔延伸率≤4% ；
H26為:鋁箔抗拉強度≤125-185 MPa 鋁箔延伸率≤2% ；
H18為:鋁箔抗拉強度> 140 MPa鋁箔延伸率無要求。
[0029]本發(fā)明極耳專用含稀土鋁合金箔:
O態(tài)為:鋁箔抗拉強度≤80-130 MPa 鋁箔延伸率≤15%。
[0030]H22為:鋁箔抗拉強度≤110-155 MPa 鋁箔延伸率≤8%。
[0031]H24為:鋁箔抗拉強度≤125-180 MPa 鋁箔延伸率≤ 6%。
[0032]H26為:鋁箔抗拉強度≤140-195 MPa 鋁箔延伸率≤3%。
[0033]H18為:鋁箔抗拉強度≤160 MPa鋁箔延伸率≤1%。
[0034]本發(fā)明極耳專用含稀土鋁合金箔相比于原來使用的鋁合金箔的力學性能有較大幅度的提高。
[0035](d)極耳鋁箔產品外觀質量:鋁箔表面應清潔、平整，無接頭，無凹點、腐蝕、開縫、褶皺等現象；表面平滑，無明顯翹邊、油污、起皺、印痕和花邊，切面平整；鋁箔展開后無粘連和撕裂現象；無明顯其它外觀問題。
[0036](e)表面平直度不大于151。
[0037]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種極耳專用含稀土鋁合金箔，其特征在于，在所述鋁合金中含有0.10-0.30wt%的鐵、0.05?0.10 wt %的硅、0.05?0.10wt%的稀土、小于等于0.05wt %的銅、小于等于0.05wt%的鋅、小于等于0.05wt%的鈦、小于等于0.03wt%的錳、小于等于0.03wt%的鎂，其余的含量為鋁和不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的極耳專用含稀土鋁合金箔，其特征在于，在所述鋁合金中含有0.20?0.25wt%的鐵、0.05?0.08%的硅、0.05?0.08wt%的稀土、小于等于0.03 wt %的銅、小于等于0.01wt%的鋅、小于等于0.03wt%的鈦、小于等于0.01wt%的錳、小于等于0.01wt%的鎂，其余的含量為鋁和不可避免的雜質。
3.一種極耳專用含稀土鋁合金箔的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下加工步驟: 51:按權利要求1或2所述的配比配置原料，裝入熔煉爐熔化； 52:對熔化后的原料進行攪拌、扒渣、調整原料成分及精煉處理； 53:將精煉后的熔體轉入靜置爐內再進行除氣除雜精煉及靜置處理； 54:將二次精煉處理后的熔體連續(xù)充入旋轉除氣箱進行除氣扒渣處理； 55:將扒渣處理后的熔體經過濾箱的微米級雙通道雙級陶瓷過濾板進行過濾除渣； 56:將過濾除渣后所得熔體連續(xù)送到前箱內，前箱底部有連通橫澆道，熔體經橫澆道注入位于鑄軋機的兩個轉動的鑄軋輥間的供料嘴，軋成鑄軋卷； 57:將S6所得鑄軋卷經多次冷軋至厚度0.38、.65mm ； 58:對S7所得鋁卷材進行爐氣控溫方式的中間完全再結晶退火，即在爐溫< 100°C時裝爐，然后將爐溫升到450°C、保溫10小時；再用2小時將爐溫降到360°C，在此溫度保溫6小時后出爐空冷； S9:箔軋，將S8中退火后的鋁箔進一步軋制至極耳專用含稀土鋁合金箔成品所需厚度； SlO:將S9所得鋁箔分切，并對分切的成品根據用戶不同的力學性能要求進行第二次成品退火。
4.如權利要求3所述極耳專用含稀土鋁合金箔的制備方法，其特征在于，所述SI中熔煉爐熔煉溫度為720-760°C。
5.如權利要求3所述極耳專用含稀土鋁合金箔的制備方法，其特征在于，所述S2中熔煉爐中對熔體除氣除雜的精煉溫度為740-750°C，所述精煉處理為采用自熔煉爐爐底的透氣磚周期性地向爐內通入高純氮氣。
6.如權利要求3所述極耳專用含稀土鋁合金箔的制備方法，其特征在于，所述S3中轉入靜置爐的熔體溫度為730-760°C，靜置爐內精煉溫度為740-750°C。
7.如權利要求3所述極耳專用含稀土鋁合金箔的制備方法，其特征在于，所述S6中前箱液面高度為16± Imm ;鑄軋機合金澆注溫度為690-695°C，鑄軋區(qū)長度為58飛2mm ;鑄軋速度為1000-l200mm/min ;軋制力為330-430t ;鑄軋冷卻采用水冷方式，冷卻強度為入口水溫低于30°C、水壓3?5kg/cm2。
8.如權利要求3所述極耳專用含稀土鋁合金箔的制備方法，其特征在于，所述SI中純鋁廢料的總投入量不大于20wt%，其中二級純鋁廢料不大于10wt%，原鋁錠投入量不小于.80%。
9.如權利要求3所述極耳專用含稀土鋁合金箔的制備方法，其特征在于，所述S7中冷軋棍凸度為:上棍0.02mm、下棍為平棍；S9中箔軋棍凸度為:上棍0.06mm、下棍0.06mm ;箔軋軋輥熱凸度的工藝冷卻采用油冷和彎輥冷卻結合的方式。
10.如權利要求3所述極耳專用含稀土鋁合金箔的制備方法，其特征在于，所述S7中軋制為五至六次冷軋，分別將招合金鑄軋卷軋制成3.3mm、2.8mm>1.8mm>1.lmm、0.65mm、.0.38mm厚的 招合金冷軋卷。
【文檔編號】C22C21/02GK103436746SQ201310322471
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權日:2013年7月30日
【發(fā)明者】白杰, 黃善球, 朱東年, 楊大軍, 范文慧, 劉應安, 曾榮華 申請人:江陰新仁科技有限公司