本發明涉及一種電池外殼鋁合金防爆閥材料及其制造方法。
背景技術：
：電池殼體一般是將鋁板拉伸成形的罐體材料和鋁合金板材沖壓形成防爆殼體材料密封組合，封入電解液、電極等內部結構體后，再將罐體材料和防爆材料殼體材料進行焊接而成。電池殼體材料強度要求高，特別是對于密封防爆閥殼體材料，不僅要求沖壓加工后強度高，還要求有良好的高拉伸性能、良好的高沖壓成形性，及焊接容身大。當電池由于過充電導致電池熱失控時，防爆閥殼體材料中防爆閥要沖壓成一定設計形狀，沖壓部分局部變薄，減低內部壓力。防爆閥殼體材料采用沖壓加工來一體成形的方法，不同于過去防爆閥“刻印”加工方法。前者可以實現低壓工作、工作安定，同時降低了焊接過程中焊接熱、也降低了殼體變形的可能。作為防爆閥殼體材料，目前使用的有三種材料，AA1050、AA3003和Al-Mn-Fe-Si系材料。AA1050雖然加工性能優異，但加工后強度低，焊接性能差。AA3003雖然加工后強度高，焊接性能優異，但在沖壓加工中會加工硬化，因此為了調節防爆閥的驅動壓力需要進行熱處理，導致成本成為突出的問題。Al-Mn-Fe-Si系材料與AA3003相比，雖然裂紋擴展性得以提高，加工硬化得以降低，且不需要沖壓加工后的熱處理，但存在加工硬化而導致防爆閥沖壓部硬度增大，防爆閥沖壓部的驅動壓力超過設計壓力而導致電池外殼其他部分鼓起或爆裂，起不到防爆的作用。發明專利CN201180072252.X提供一種可降低防爆閥驅動壓力，同時激光焊接性優異的鋰離子電池殼體用鋁合金板材。該專利對鋁鐵相細化要求嚴格，如果保證不了鋁鐵相細化，粗大的鋁鐵相會產生加工硬化現象，且生產不適合常規熔鑄手段，只適用于半連續鑄造方法。日本特開2006-037129提到了鋁合金電池封蓋板材料，該專利也是以鋁鐵相細化為目的，但硅和錳鐵總含量過高，易形成粗大相，導致加工硬化，且需要退火處理，因此性能不穩定還多出退火處理的工序，浪費人力、物力以及能源。技術實現要素：本發明提供一種電池外殼鋁合金防爆閥材料及其制備方法，以克服現有技術存在的上述缺陷。所述的電池外殼鋁合金防爆閥材料，其組成和重量百分比含量如下：Fe：0.5-1.5％，Bi：0.05-0.3％，Mn：0.2-1.0％，Zn：，Si<0.1％，，Sm：0-0.2％，余量為不可避免的雜質和Al，所述的雜質含量<0.05wt％；或者，所述的電池外殼鋁合金防爆閥材料，其組成和重量百分比含量如下：Fe：0.5-1.5％，Bi：0.05-0.3％，Mn：0.2-1.0％，Zn：，Si<0.1％，，Sm：0.15-0.18％，余量為不可避免的雜質和Al，所述的雜質含量<0.05wt％。所述的電池外殼鋁合金防爆閥材料，其板料厚度為100～2000μm；所述的電池外殼鋁合金防爆閥材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將合金按照配比進行熔煉，熔鑄溫度為665-675℃，熔鑄初期速度為0-30mm/min，鑄錠正常澆注速度為50-60mm/min，熔鑄冷卻水流量為3-8m3/min，在線除氣，鑄錠厚度為50-560mm，然后切斷，去除鑄錠頭部250mm，尾部150mm，然后進行銑面，單面銑去6mm；(2)將步驟(1)的產物，均質化熱處理，在580-600℃加熱1-2小時后，取出鑄錠，480-500℃保溫1-3小時，然后在355-385℃進行熱軋，熱軋道次分為七次，單次冷軋率為30-35％；(3)將步驟(2)的產物在330-360℃退火1-3小時，得到電池外殼鋁合金防爆閥材料的使用狀態；其中，步驟(2)中，熱軋最終厚度為4-7mm。本發明的有益效果：利用低熔點元素鉍和/或稀土元素釤細化作用克服錳和鐵含量高易形成大顆粒化合物而帶來的不利影響。由于合金中加入鉍、和稀土元素釤，這些元素彌散在基體內，形成錳、鐵化合物形核核心，細化含錳、鐵化合物，這些微細的金屬間化合物表現為位錯湮滅點，使本發明材料防爆閥加工區不產生加工硬化或只是較小加工硬化。多余的鐵、錳等元素向高稀土的球狀相偏聚，從而使最后凝固的晶界處雜質元素大大降低，凈化了晶界，減少晶界處高鐵的脆性相，提高晶界強度，改善塑性。加入稀土元素釤形成高熔點稀土釤化合物，形成的高熔點稀土化合物極化電位和基體極化電位接近，電勢匹配，這些稀土化合物和基體搭配，使鋁箔材料有很好的耐蝕性。材料中加入鉍元素有良好的焊接性能，使焊接接頭產品良率高，鉍的熱縮作用使焊接接頭外觀美觀。本發明材料經過不同加工量的沖壓加工后，加工量越大，加工硬化的趨勢逐漸減弱，其延伸率好于AA1050和AA300材料。附圖說明圖1為合金從O態開始不同加工量的抗拉強度具體實施方式實施例1～4和對比例1(1)將合金按照表1配比進行熔煉；表1合金成分配比實施例和對比例SiFeMnBiSmAl對比例10.111.250.5//余量實施例10.081.270.5020.15/余量實施例20.051.180.50.130.15余量實施例30.061.490.20.10.15余量實施例40.070.90.50.290.18余量實施例1～2和對比例1的熔鑄溫度為665℃，實施例3～4的熔鑄溫度675℃，在線除氣，實施例1～2和對比例1的鑄錠厚度為50mm，實施例3～4的鑄錠厚度為560mm，熔鑄速度如下表：水流量如下表：然后切斷，去除鑄錠頭部250mm，尾部150mm，然后進行銑面，單面銑去6mm；(2)將步驟(1)的產物，均質化熱處理，在580-600℃加熱1-2小時后，取出鑄錠，保溫，然后進行熱軋，熱軋道次分為七次；其中：對比例1：鑄錠取出后，480℃保溫3小時，在355℃進行熱軋，熱軋最終厚度為4mm，熱軋道次分為七次，單次冷軋率為30％實施例1～2：鑄錠取出后，480℃保溫3小時，在355℃進行熱軋，熱軋最終厚度為4mm，熱軋道次分為七次，單次冷軋率為30％；實施例3～4：鑄錠取出后，500℃保溫1小時，在385℃進行熱軋，熱軋最終厚度為7mm熱軋道次分為七次，單次冷軋率為35％；(3)將步驟(2)的產物退火，得到電池外殼鋁合金防爆閥材料的使用狀態；其中：對比例1：在330℃退火3小時；實施例1～2：在330℃退火3小時；實施例3～4，在360℃退火1小時；合金性能測試結果如表2所示，抗拉強度采用GB-T228-2002規定的方法檢測。表2合金從O態開始不同加工量的抗拉強度由表2和附圖1可知，實施例和對比例從O態開始，隨著加工量增加，其強度不斷增加，當實施例合金從O態加工到70％時，其抗拉強度達到最大，隨后隨著加工量的增大，其強度不斷減小，也就是在加工量在大于70％以后，加工硬化現象減弱，而對比合金AA1050、AA300和對比例1，在從O態加工70％以后，抗拉強度仍不斷提高，即加工硬化現象隨加工量增大仍不斷增大。由此可知合金加入Bi或Sm元素，在一定加工量以后能夠明顯降低加工硬化現象，改變合金原來組織變形方式，完全滿足了防爆閥變形的需要。當前第1頁1 2 3