CN115584404B - 一种高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法，包括以下制备过程：熔铸一均匀化热处理一热轧一冷轧一横剪一包装；本发明一方面通过控制Fe、Si比来降低铸锭中出现缩孔、疏松等缺陷，通过加大晶粒细化剂的添加比例来细化富Fe相，通过适当的均匀化热处理来改变基体中富Fe相的形态及分布从而实现高的电导率和良好的耐腐蚀性；另一方面通过降低热轧坯料的终轧温度来提高热轧坯料的强度并通过提高热轧坯料厚度来提高冷轧时的加工硬化率而实现基材高的强度，最终制得强度达135MPa以上，电导率达61.5％IACS以上，厚度为7.0mm厚的1系阴极板基材，实现了湿法炼锌对高强度、高电导率及高寿命阴极板的综合要求。

Description

一种高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法

技术领域

本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法。

背景技术

湿法炼锌自20世纪初在工业上投入生产以来，其技术不断发展进步，目前世界上锌总产量的85％以上都是采用此工艺生产的。但在湿法炼锌过程中阴极板的诸多缺点，常常造成电积过程的效率不高、资源浪费。在当今世界能源日趋紧张，价格不断上涨的情况下，改善和提高阴极板的综合性能性对于提高经济效益，降低生产成本有着至关重要的意义。

在湿法电积锌工艺中，常以铅银合金板为阳极板，压延纯铝板作为阴极，依次相间置于电解槽中作为电解电极。在电积过程中，电解液中的锌离子在直流作用下，会在铝阴极板上得到电子还原成锌沉淀下来，聚集到一定厚度或沉积一段时间后通过机械剥锌或人工剥锌得到成品锌。从提高湿法炼锌效率及资源节约的方面来看在阴极板的制作上主要着眼于以下几方面：

其一，致力于阴极板电导率的提高，作为电积锌的阴极自然其导电率越高约有利于降低耗电量从而实现降耗之目的；

其二，致力于阴极板寿命的提高，在这一湿法冶炼提取中，铝阴极板的选取常从其电导率因素和使用寿命来进行选材。

显然，一方面阴极板的电导率越高越好；另一方面阴极板的使用寿命越长越好。影响材料电导率的因素常和阴极板材料的化学成分和组织有关，但影响其使用寿命的因素主要与阴极板的硬度和厚度有关，这是因为该冶炼中电解液中F或Cl负粒子等卤族元素的存在，会腐蚀阴极铝板，造成阴极板寿命缩短；同时也会使阴极板表面粗糙度增大，锌沉积层与阴极结合度提高，难于剥离，这样造成在剥离时对阴极板寿命缩短，为提高其使用寿命行业内常以提高材料的抗拉强度，提高材料耐腐蚀性和厚度为主要途径。

授权公告号为CN109022932B的中国发明专利，公开了一种湿法冶金电积锌用高强度耐腐蚀铝合金阴极材料及其制备方法，该专利公开的铝合金阴极材料及其制备方法，通过合金配料、熔炼、精炼、除渣、排气、过滤、铸锭、铣面、除油、均匀化退火、热轧、冷轧、精整、定尺剪切制备而成。本发明的铝合金阴极材料在电积锌体系中耐腐蚀、电化学性能好、机械强度高、焊接加工性能优异，在含氟、氯离子电积锌熔液中的耐蚀性显著优于传统1060、1070型电积锌铝阴极板；虽然该专利方法制备的铝合金阴极材料具有优异的机械性能，但是在实际使用时，电导率仍然不能够达到理想状态，仍然存在电导率低的缺陷。

另外，《中华人民共和国有色金属行业标准》(YS/T 1088-2015)规定了湿法冶金锌电积用阴极板，该标准对铝合金阴极板的状态要求为H18态，即通过加工硬化的方法来实现其强度的提升，但阴极板厚度越厚其H18状态的获得越困难，尤其是厚度在7.0mm时，原因在于其坯料厚度的限制，这是因为目前全球的铝冷轧机的入口厚度多在12.0mm以下的原因。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种厚度为7.0mm的高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法，包括以下制备过程：

S1、配料，按以下重量百分比含量组分配制原料备用：Si＜0.10％，Fe＝0.10％-0.15％，Cu＜0.002％，Mn＜0.005％，Mg＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Ti＝0.045％-0.065％，Al＞99.70％，其他不可避免的单个元素≤0.03％；

S2、熔炼、铸造，将步骤S1中的原料置于熔炼炉中进行熔炼，再将熔体导入精炼炉中进行精炼后，再经过除气除渣后铸造成铝合金铸锭；

S3、均匀化热处理，将步骤S2得到的铝合金铸锭经过锯切、铣面后置入加热炉中均匀化热处理，金属温度控制在605±10℃，保温12h；均匀化后Fe共晶相球化率达80％以上；

S4、热轧，将经过均匀化热处理后的铝合金铸锭进行多道次热轧，在进行最后一道次热轧前，暂停热轧，待热轧坯料温度降至220℃-230℃时进行最后一道次热轧，热轧后的坯料厚度为14.0mm；

S5、冷轧，将S4中得到的14.0mm厚的坯料经过两道次冷轧得到到7.0mm厚的冷轧坯料；

S6、将S5得到的冷轧坯料经过横剪清洗、矫直、切板后得到铝合金基材。

进一步，所述S2中，除气除渣结束后，流槽添加在线晶粒细化剂Al-5Ti-1B丝。

进一步，所述S4中，所述热轧后的坯料热轧终温200℃-220℃。

进一步，所述S5中，第一道次冷轧的加工率为20％，开卷张力不大于5N/mm^2’，第二道次轧制到7.0mm厚冷轧坯料。

进一步，所述铝合金基材的抗拉强度为135-150MPa、导电率为61.5％IACS以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明在配料时，控制Fe的添加量大于Si的添加量，从而有利于熔体的流动性，并且对预防铸锭热裂纹和显微缩松有用，使材料易于成形，便于提高冶金和铸造质量；

其原理在于：工业纯铝中的主要杂质元素是Fe和Si，作为杂质相它们与基体性质具有巨大的差异，这使得材料在加工过程中将直接影响其后续的力学性能、表面性能等，工业纯铝实质可以看作铁硅含量很低的铝-铁-硅系合金；杂质相固溶在Al基体中会形成α固溶体，也会与铝形成金属间化合物从铝熔体或铝固溶体中析出；另外杂质相中的Fe和Al除了形成针状硬脆相和块状硬脆的硅质点外，还可以形成两个三元相；当Fe＞Si时，形成α铁(Fe₂ SiAl₈)相，初晶呈不定形片状，共晶呈骨骼状，为六方晶系；当Si＜Fe时，形成β(FeSiAl₅)相，为单斜晶系；两者都是脆性化合物，后者对塑性的风险更大些；

2、对于均匀化热处理工艺，阴极板内较高的铁硅含量使得工业纯铝在熔炼浇铸过程中形成较为粗大的铁硅相，这一方面会使得铝锭在后续的冷轧变形过程中产生裂纹；另一方面，杂质相的存在，会导致铝阴极板在ZnSO4电解液中浸泡过程中产生原电池效应，从而产生点蚀；热处理可以改善铝阴极板的显微组织、细化晶粒，从而达到提高铝合金薄板的力学性能、腐蚀性能和成形性能，铝阴极板中的Fe、Si含量偏高及其分布不均匀导致铝阴极板表面产生腐蚀，均匀化过程实际上是通过高温使高浓度区原子向低浓度区的扩散，使铸锭偏析降低，不平衡相则完全溶解；含铁化合物的形态随着温度的升高而改变；高温均匀化后杂质Fe含量使合金中的针状和片状铁相发生球化且更加弥散，通过该均匀化热处理，并且均匀化热处理过程中控制金属温度在605±10℃，能够有效改善纯铝铁相的分布，进而提高材料的耐腐蚀性；

3、本发明中的在线晶粒细化剂Al-5Ti-1B丝按钛含量0.045-0.065％进行添加，硼能够提高含铁铝的导电性，同时细化剂含量的提高有利于铸锭细化晶粒，同时较高细化剂含量可以细化富Fe相，并作为富铁相形核核心，有效细化富铁相；另外可一定程度的提高材料强度；

4、本发明在热轧过程中，待热轧坯料温度降至220-230℃后再进行最后一道次热轧，从而能够有效提高热轧坯料强度，并且基材的显微组织呈长条状纤维组织，同时较低的终轧温度不至于因终轧温度较高而导致热轧坯料的晶粒粗大；

5、本发明控制热轧后的坯料厚度为14.0mm，从而保证后续冷轧过程的总加工率达50％，进而有效提高冷轧后7.0mm厚度铝基材的强度；

6、本发明在配料阶段，控制除Fe、Si、Ti、Cu以外的杂质含量均小于0.005％，从而通过降低杂质的含量，进而提高铝合金基材的导电率；

总之，本发明提供的方法制备出的1系铝合金基材具有良好的机械强度和较高的导电率。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法，包括以下制备过程：

S1、配料，按以下重量百分比含量组分配制原料备用：Si＝0.01％，Fe＝0.15％，Cu＜0.002％，Mn＜0.005％，Mg＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Ti＝0.045％，Al＝99.74％，其他不可避免的元素合计0.05％；

S2、熔炼、铸造，将步骤S1中的原料置于熔炼炉中进行熔炼，再将熔体导入精炼炉中进行精炼后，再经过除气除渣后，流槽添加在线晶粒细化剂Al-5Ti-1B丝，然后铸造成铝合金铸锭，所述线晶粒细化剂Al-5Ti-1B丝的添加按基材中钛含量0.045-0.065％进行添加；

S3、均匀化热处理，将步骤S2得到的铝合金铸锭经过锯切、铣面后置入加热炉中均匀化热处理，金属温度控制在605±10℃，保温12h；

S4、热轧，将经过均匀化热处理后的铝合金铸锭进行多道次热轧，在进行最后一道次热轧前，暂停热轧，待热轧坯料温度降至220℃时进行最后一道次热轧，热轧后的坯料厚度为14.0mm，热轧后的坯料热轧终温200℃；

S5、冷轧，将S4中得到的14.0mm厚的坯料经过两道次冷轧得到冷轧坯料，第一道次冷轧的加工率为20％，开卷张力不大于5N/mm²；

S6、将S5得到的冷轧坯料经过横剪清洗、矫直、切板后得到铝合金基材。

本实施例中，所述铝合金基材的抗拉强度为150MPa、导电率为61.9％IACS。

实施例2

一种高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法，包括以下制备过程：

S1、配料，按以下重量百分比含量组分配制原料备用：Si＝0.01％，Fe＝0.1％，Cu＜0.002％，Mn＜0.005％，Mg＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Zn＝0.003％，Ti＝0.065％，Al＝99.8％，其他不可避免的元素合计0.01％；

S2、熔炼、铸造，将步骤S1中的原料置于熔炼炉中进行熔炼，再将熔体导入精炼炉中进行精炼后，再经过除气除渣后，流槽添加在线晶粒细化剂Al-5Ti-1B丝，然后铸造成铝合金铸锭，所述线晶粒细化剂Al-5Ti-1B丝的添加按基材中钛含量0.045-0.065％进行添加；

S3、均匀化热处理，将步骤S2得到的铝合金铸锭经过锯切、铣面后置入加热炉中均匀化热处理，金属温度控制在605±10℃，保温12h；

S4、热轧，将经过均匀化热处理后的铝合金铸锭进行多道次热轧，在进行最后一道次热轧前，暂停热轧，待热轧坯料温度降至230℃时进行最后一道次热轧，热轧后的坯料厚度为14.0mm，热轧后的坯料热轧终温220℃；

S5、冷轧，将S4中得到的14.0mm厚的坯料经过两道次冷轧得到冷轧坯料，第一道次冷轧的加工率为20％，开卷张力不大于5N/mm²；

S6、将S5得到的冷轧坯料经过横剪清洗、矫直、切板后得到铝合金基材。

本实施例中，所述铝合金基材的抗拉强度为135MPa、导电率为62.2％IACS。

实施例3

一种高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法，包括以下制备过程：

S1、配料，按以下重量百分比含量组分配制原料备用：Si＝0.03％，Fe＝0.11％，Cu＜0.002％，Mn＜0.005％，Mg＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Ti＝0.05％，Al＝99.73％，其他不可避免的元素合计0.07％；

S2、熔炼、铸造，将步骤S1中的原料置于熔炼炉中进行熔炼，再将熔体导入精炼炉中进行精炼后，再经过除气除渣后，流槽添加在线晶粒细化剂Al-5Ti-1B丝，然后铸造成铝合金铸锭，所述线晶粒细化剂Al-5Ti-1B丝的添加按基材中钛含量0.045-0.065％进行添加；

S3、均匀化热处理，将步骤S2得到的铝合金铸锭经过锯切、铣面后置入加热炉中均匀化热处理，金属温度控制在605±10℃，保温12h；

S4、热轧，将经过均匀化热处理后的铝合金铸锭进行多道次热轧，在进行最后一道次热轧前，暂停热轧，待热轧坯料温度降至225℃时进行最后一道次热轧，热轧后的坯料厚度为14.0mm，热轧后的坯料热轧终温210℃；

S5、冷轧，将S4中得到的14.0mm厚的坯料经过两道次冷轧得到冷轧坯料，第一道次冷轧的加工率为20％，开卷张力不大于5N/mm²；

S6、将S5得到的冷轧坯料经过横剪清洗、矫直、切板后得到铝合金基材。

本实施例中，所述铝合金基材的抗拉强度为145MPa、导电率为61.7％IACS。

对比例1

对比例1与实施例1的生产方法大致相同，不同之处在于在进行步骤S3时，均匀化热处理时，金属温度控制在430℃，保温12h。

对比例2

对比例2与实施例1的生产方法大致相同，不同之处在于在进行步骤S4时，在进行最后一道次热轧前，暂停热轧，待热轧坯料温度降至300℃-350℃时进行最后一道次热轧，热轧后的坯料厚度为14.0mm，热轧后的坯料热轧终温290℃-300℃。

对比例3

对比例3与实施例1的生产方法大致相同，不同之处在于在进行步骤S4时，在进行最后一道次热轧前，暂停热轧，待热轧坯料温度降至220℃-230℃时进行最后一道次热轧，热轧后的坯料厚度为9.0mm，热轧后的坯料热轧终温＜220℃。

通过对实施例1-3和对比例1-3制得的铝合金基材的导电性能检测结果如下表：

	实施例1	实施例2	实施例3
				抗拉强度MPa	145	135	150
屈服强度MPa	124	117	131
				延伸率％	16.5％	18.2％	16.0％
电导率20℃(％IACS)	61.9％	62.6％	61.7％

通过上述对比发现对比例1由于均匀化温度较低，导致材料电导率较低；对比例2由于热轧终温较高导致其最终强度较低；对比例3由于热轧坯料厚度较薄导致其冷轧后强度较低。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法，其特征在于，包括以下制备过程：

S1、配料，按以下重量百分比含量组分配制原料备用：Si＜0.10％,Fe＝0.10％-0.15％，Cu＜0.002％，Mn＜0.005％，Mg＜0.005％,Cr＜0.005％，Zn＜0.005％,Ti＝0.045％-0.065％，Al＞99.70％，其他不可避免的单个元素≤0.03％；

S2、熔炼、铸造，将步骤S1中的原料置于熔炼炉中进行熔炼，再将熔体导入精炼炉中进行精炼后，再经过除气除渣后，流槽添加在线晶粒细化剂Al-5Ti-1B丝，铸造成铝合金铸锭；

S3、均匀化热处理，将步骤S2得到的铝合金铸锭经过锯切、铣面后置入加热炉中均匀化热处理，金属温度控制在605±10℃，保温12h；均匀化后Fe共晶相球化率达80％以上；

S4、热轧，将经过均匀化热处理后的铝合金铸锭进行多道次热轧，在进行最后一道次热轧前，暂停热轧，待热轧坯料温度降至220℃-230℃时进行最后一道次热轧，热轧后的坯料厚度为14.0mm，所述热轧后的坯料热轧终温200℃-220℃；

S5、冷轧，将S4中得到的14.0mm厚的坯料经过两道次冷轧得到7.0mm厚的冷轧坯料，第一道次冷轧的加工率为20％，开卷张力不大于5N/mm²，第二道次轧制到7.0mm厚冷轧坯料；

S6、将S5得到的冷轧坯料经过横剪清洗、矫直、切板后得到铝合金基材。

2.根据权利要求1所述的高强度高电导率1系铝合金阴极板基材的制备方法，其特征在于：所述铝合金基材的抗拉强度为135-150MPa、导电率为61.5％IACS以上。