專利名稱：一種手機電池外殼用鋁合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁合金，特別是涉及一種手機電池外殼用鋁合金及其制備方法。
背景技術：
鋁合金不但具有質量輕、強度高、延展性好等特點，同時兼具抗蝕性強、易加工成型等優良性能。因此，鋁合金在航空航天、汽車、輪船以及電子產品等領域得到了廣泛的應用，成為發展國民經濟與提高人民物質和文化生活的重要基礎材料，并且在國防軍工現代化、交通工具輕量化和國民經濟高速持續發展中占有重要的地位。特別是在當今世界人類的生存和發展正面臨著資源、能源、環境、安全等問題的嚴峻挑戰，因此，加速發展鋁工業和鋁合金材料加工技術具有重大的戰略意義。手機電池性能除了與電芯性能有影響外，手機電池外殼材料對其也有很大影響，特別是對手機電池殼充放次數即使用壽命有很大影響。因此，改善外殼屏蔽性能、防水、防泄漏以及提高散熱性在延長電池使用壽命中占有重要地位。手機電池外殼過去多采用塑料PV或PVC制成，也有的電池殼是用鋼板深沖而成的。但是隨著科技的發展和技術的進步，人們發現3003鋁合金作為鋁錳系合金的典型代表，它不但具有良好的抗蝕性能和適宜的強度，同時具有相對其它輕金屬材料更高的散熱性能，因此，可以把3003作為手機電磁外殼的原材料。3003鋁合金不但具有較高的抗拉強度和較輕的比重，同時還具有較強的抗電磁干擾性能和較好的回收再生性能，這是塑料和鋼鐵不可與之相比的。到目前為止，3003鋁合金已成為原裝進口電池和國產高級電池最常見的外殼用材料。3003鋁合金在制備成電池外殼時，需經過沖壓加工等程序，步驟復雜，過程繁瑣。在沖壓過程中，鋁板的沖截落料和沖杯在同一工位沖機上的同一沖程中完成，因此要求板材具有良好的深沖性以及嚴格的板厚公差。另外由于手機電池外殼在加工過程中需經多次擠壓，材料變形量較大，對材料塑性有較高的要求。普通的3003合金在沖壓過程中，在材料頂部容易產生制耳，當制耳嚴重時，將導致送料軌道不暢，生產連續性會遭到破壞，甚至會損壞設備，另外，切去的制耳部分會導致廢鋁增加，浪費大量材料。為了進一步促使電池的小型化、輕量化及低成本化，要求電池外殼實現薄壁化。普通3003合金在做成薄壁時，會產生容易變形、耐壓性降低、膨脹性增加等問題，同時在加工過程中材料表面易產生粗糙的桔皮現象，影響產品的外觀。因此，本發明針對上述問題特點，以3003合金為基礎，并對其進行改進，意在提供一種韌性優良，耐沖壓性強且廢品率低的手機電池外殼用鋁合金。

發明內容
本發明的目的在于克服3003鋁合金的不足，提供一種組織良好、性能優異且易于加工的手機電池外殼用鋁合金及其制備方法。
一種手機電池外殼用鋁合金，其組分及重量百分數為Mn :1. 0-1.5%，Fe:
O.7%, Si 0. 6%, Cu 0. 05-0. 20%, Zn :0. 1%，Ti 0. 006-0. 03%, C 0. 0004-0. 002%, RE
O.002-0. 01%，余量為 Al。
一種手機電池外殼用鋁合金的制備方法，包括如下步驟
第一步，坩堝加熱至60(TC，加入預處理且預熱的3003鋁合金； 第二步，將Al-Ti-C-RE中間合金在200°C預熱20_25min ；
第三步，將坩堝溫度升至750 °C，將添加量占3003鋁合金總重量O. 2%-1. 0%的Al-Ti-C-RE中間合金，添加至熔融態3003鋁合金中，并在750°C下保溫3_5min，均勻攪拌;
第四步，將坩堝溫度降至715°C，靜置5-30min ；
第五步，用氬氣精煉熔液，通氣時間約為2. 5min，通氣后靜置5min，然后除去表面的氧化物，澆注到金屬模具中。進一步，所述中間合金Al-Ti-C-RE的化學成分及質量百分數為A1 :95. 8%，Ti 3%, C O. 2%, RE 1%。進一步，所述第一步中，加入i甘禍前3003招合金先在200°C溫度下預熱30min。進一步，所述第五步中，澆注前金屬模具內除銹后預熱至150°C，在金屬模具內腔涂上防氧化易脫模的涂料，再在200°C下預熱20min。進一步，所述防氧化易脫模的涂料用Al (OH)3、偏硅酸鈉和水配制，其配比為3:1:200。本發明的有益效果為
I、細化劑采用Al-Ti-C-RE中間合金代替原有的Al-Ti-B細化劑，避免了合金中Mn元素對原有細化劑中TiB2粒子的毒化作用。Al-Ti-C-RE不僅對3003鋁合金具有很好的細化變質效果，而且成本低、操作簡易，不污染環境。2、C、Ti、RE元素以中間合金Al-Ti-C-RE的形式加入，熔化快，吸收率高，制備工藝
簡單，實施方便。3、向3003鋁合金中同時加入C、Ti、RE元素，通過細化和變質的雙重作用，不僅可改變α-Al晶粒尺寸，而且可改變(FeMn) AljP Mn3SiAl12相數量、大小、形貌和分布，顯著改善合金組織，提高合金力學性能。本發明的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書所特別指出的結構來實現和獲得。
具體實施例方式 下面結合實施例對本發明作進一步描述
實施例 I :以制備含Mn 1. 0%, Fe 0. 7%, Si 0. 6%, Cu 0. 05%, Zn 0. 1%, Ti 0. 006%,C :0. 0004%, RE :0. 002%,其余為Al的鋁合金為例。第一步，坩堝加熱至600°C，加入3003鋁合金，3003鋁合金首先預處理，除油、除水和表面氧化物夾雜等，在200°C先預熱30min ；
第二步，將Al-Ti-C-RE中間合金在200°C預熱20min ；
第三步，將坩堝溫度升至750°C，待坩堝內的3003鋁合金全部熔化后，添加占3003鋁合金總重量O. 2%的Al-Ti-C-RE中間合金，并在750°C下保溫5min，均勻攪拌；
第四步，將坩堝溫度降至715°C，靜置5min ；第五步，用氬氣精煉熔液，通氣時間約為2. 5min，通氣后靜置5min，然后除去表面的氧化物，澆注到金屬模具中。澆注前金屬模具需預處理采用0 25mmX120mm的金屬模具除銹后，在澆注前先預熱至150°C，然后涂上防氧化易脫模的涂料，涂料用Al (OH) 3、偏硅酸鈉和水配制(配比為3:1:200 )，再在200 °C下預熱20min。金屬模具內腔需先預熱再噴刷涂料，這樣可使涂料中水分迅速蒸發，宜噴刷均勻防止涂料下流。模具表面噴涂一層致密均勻的涂料層可以防止模具氧化且易于脫模。噴刷涂料時，模具預熱溫度為150°C左右(預熱溫度不宜過高，否則涂料容易剝落)，噴刷涂料后再預熱至200°C。澆鑄前，熔液應保證氬氣精煉2. 5min，目的是出去熔液內部氣體，提高冶金質量。澆注時澆口盡量靠近漏斗，澆注應平穩，避免渦流和飛濺。第六步，石墨粘土坩堝在澆注完畢后，將剩余的鋁合金熔液倒入廢棄坩堝內，并用干燥沙土掩埋。 OM及SEM形貌顯示，3003鋁合金加入O. 2%的Al-Ti-C-RE中間合金后，合金中原本粗大的α-Al晶粒在一定程度上被細化；原本呈針狀、塊狀和骨骼狀的(FeMn)Alf^PMn3SiAl12相部分斷裂，但仍有一部分針狀和大塊狀相分布于鋁基體上。試樣的拉伸性能在本實驗條件下，這種含Mn: I. 0-1.5%，Fe:O. 7%, Si:O. 6%,Cu:O. 05-0. 20%, Zn:O. 1%, Ti:O. 006，C:0. 0004，RE:O. 002 的鋁合金抗拉強度為117. 3Mpa，伸長率 21. 7%。實施例2 以制備含 Mn 1. 5%, Fe 0. 7%, Si 0. 6%, Cu 0. 20%, Zn 0. 1%, Ti
O.012%, C :0.0008%, RE :0.004%,其余為 Al 的鋁合金為例。第一步，坩堝加熱至600°C，加入3003鋁合金，3003鋁合金首先要除油、除水和表面氧化物夾雜等，在200°C先預熱30min ；
第二步，將Al-Ti-C-RE中間合金在200°C預熱20min ；
第三步，將坩堝溫度升至750°C，待坩堝內的3003鋁合金全部熔化后，添加占3003鋁合金總重量O. 4%的Al-Ti-C-RE中間合金，并在750°C下保溫5min，均勻攪拌；
第四步，將坩堝溫度降至715°C，靜置5min ；
第五步，用氬氣精煉熔液，通氣時間約為2. 5min，通氣后靜置5min，然后除去表面的氧化物，澆注到金屬模具中。澆注前金屬模具的預處理過程如實施例I ;
第六步，石墨粘土坩堝在澆注完畢后，將剩余的鋁合金熔液倒入廢棄坩堝內，并用干燥沙土掩埋。OM及SEM形貌顯示，3003鋁合金加入O. 4%的Al-Ti-C-RE中間合金后，合金中原本粗大的α-Al晶粒在一定程度上被細化；原本呈針狀、塊狀和骨骼狀的(FeMn)Alf^PMn3SiAl12相部分斷裂，但仍有小部分針狀和大塊狀相分布于鋁基體上。試樣的拉伸性能在本實驗條件下，這種含Mn: I. 0-1.5%，Fe:O. 7%, Si:O. 6%,Cu:O. 05-0. 20%, Zn:O. 1%, Ti :0. 012%, C 0. 0008%, RE :0. 004% 的鋁合金抗拉強度為121. 4Mpa，伸長率 23. 1%。實施例3 :以制備含 Mn : I. 0%, Fe 0. 7%, Si 0. 6%, Cu 0. 08%, Zn 0. 1%，Ti
O.015%, C :0. 001%, RE :0. 005% 的鋁合金為例。第一步，坩堝加熱至600°C，加入經過清洗(即除油、除水和表面氧化物夾雜等)并預熱3003鋁合金；第二步，Al-Ti-C-RE中間合金經200°C預熱25min ；
第三步，將坩堝溫度升至750°C，待坩堝內的3003鋁合金全部熔化后，添加占3003鋁合金總重量O. 5%的Al-Ti-C-RE中間合金，并在750°C下保溫3min，均勻攪拌；
第四步，將坩堝溫度降至715°C，靜置IOmin ；
第五步，用氬氣精煉熔液，通氣時間約為2. 5min，通氣后靜置5min，然后除去表面的氧化物，澆注到金屬模具中，澆注前金屬模具的預處理過程如實施例I ;
第六步，石墨粘土坩堝在澆注完畢后，將剩余的鋁合金熔液倒入廢棄坩堝內，并用干燥沙土掩埋。OM及SEM形貌顯示，3003鋁合金中加入O. 5%的Al-Ti-C-RE中間合金后，合金中原本粗大的α-Al晶粒明顯減小，原本呈針狀、塊狀和骨骼狀分布的(FeMn)Alf^PMn3SiAl12相基本被打斷，成短棒狀或者小塊狀分散分布于鋁基體上。試樣的拉伸性能在本實驗條件下，這種含Mn: I. 0-1.5%，Fe:O. 7%, Si:O. 6%,Cu:O. 05-0. 20%, Zn:O. 1%, Ti :0.015, C:0. 001, RE:0. 005 的鋁合金的抗拉強度為124. 8Mpa，伸長率 24. 5%。實施例4 :以制備含 Mn: I. 2%, Fe:O. 7%, Si:O. 6%, Cu: O. 10%, Zn:O. 1%,Ti:O. 018%, C:0. 0012%, RE:0. 006% 的鋁合金為例。第一步，坩堝加熱至60(TC，加入經過清洗并預熱3003鋁合金；
第二步，Al-Ti-C-RE中間合金經200°C預熱25min ；
第三步，將坩堝溫度升至750°C，待坩堝內的3003鋁合金全部熔化后，添加占3003鋁合金總重量O. 6%的Al-Ti-C-RE中間合金，并在750°C下保溫3min，均勻攪拌；
第四步，將坩堝溫度降至715°C，靜置IOmin ；
第五步，用氬氣精煉熔液，通氣時間約為2. 5min，通氣后靜置5min，然后除去表面的氧化物，澆注到金屬模具中，澆注前金屬模具的預處理過程如實施例I ;
第六步，石墨粘土坩堝在澆注完畢后，將剩余的鋁合金熔液倒入廢棄坩堝內，并用干燥沙土掩埋。OM及SEM形貌顯示，3003鋁合金中加入O. 6%的Al-Ti-C-RE中間合金后，合金中原本粗大的α-Al晶粒明顯減小，原本呈針狀、塊狀和骨骼狀分布的(FeMn)Alf^PMn3SiAl12相基本被打斷，成短棒狀或者小塊狀分散分布于鋁基體上。試樣的拉伸性能在本實驗條件下，這種含Mn: I. 0-1.5%，Fe:O. 7%, Si:O. 6%,Cu:O. 05-0. 20%, Zn:O. 1%, Ti:O. 018%, C:0. 0012%, RE:0. 006% 的鋁合金的抗拉強度為128. IMpa，伸長率 25. 3%。實施例5 :以制備含 Mn: I. 5%, Fe: O. 7%, Si : O. 6%, Cu: O. 20%, Zn: O. 1%,Ti:O. 021%, C:0. 0014%, RE:0. 007% 的鋁合金為例。第一步，坩堝加熱至60(TC，加 入經過清洗并預熱3003鋁合金；
第二步，Al-Ti-C-RE中間合金經200°C預熱20min ；
第三步，將坩堝溫度升至750°C，待坩堝內的3003鋁合金全部熔化后，添加占3003鋁合金總重量O. 7%的Al-Ti-C-RE中間合金，并在750°C下保溫5min，均勻攪拌；
第四步，將坩堝溫度降至715°C，靜置20min ；
第五步，用氬氣精煉熔液，通氣時間約為2. 5min，通氣后靜置5min，然后除去表面的氧化物，澆注到金屬模具中，澆注前金屬模具的預處理過程如實施例I;
第六步，石墨粘土坩堝在澆注完畢后，將剩余的鋁合金熔液倒入廢棄坩堝內，并用干燥沙土掩埋。OM及SEM形貌顯示，3003鋁合金中加入O. 7%的Al-Ti-C-RE中間合金后，合金中原本粗大的α-Al晶粒被明顯細化；針狀、塊狀和骨骼狀的(FeMn)Alf^P Mn3SiAl12相全部被打斷，成卵石狀或細小顆粒狀均勻分布在鋁基體上。試樣的拉伸性能在本實驗條件下，這種含Mn: I. 0-1.5%，Fe:O. 7%, Si:O. 6%,Cu:O. 05-0. 20%, Zn:O. 1%, Ti:O. 021%, C:0.0014%, RE:O. 007% 的鋁合金抗拉強度為130. 6Mpa，伸長率為 27. 2%。實施例6 :以制備含 Mn: 1. 0%，Fe:O. 7%, Si:O. 6%, Cu:O. 08%, Zn:O. 1%,Ti:O. 024%, C:0. 0016%, RE:O. 008% 的鋁合金為例。第一步，坩堝加熱至60(TC，加入經過清洗并預熱3003鋁合金；
第二步，Al-Ti-C-RE中間合金經200°C預熱20min ；
第三步，將坩堝溫度升至750°C，待坩堝內的3003鋁合金全部熔化后，添加占3003鋁合金總重量O. 8%的Al-Ti-C-RE中間合金，并在750°C下保溫5min，均勻攪拌；
第四步，將坩堝溫度降至715°C，靜置20min ；
第五步，用氬氣精煉熔液，通氣時間約為2. 5min，通氣后靜置5min，然后除去表面的氧化物，澆注到金屬模具中，澆注前金屬模具的預處理過程如實施例I ;
第六步，石墨粘土坩堝在澆注完畢后，將剩余的鋁合金熔液倒入廢棄坩堝內，并用干燥沙土掩埋。OM及SEM形貌顯示，3003鋁合金中加入O. 8%的Al-Ti-C-RE中間合金后，合金中原本粗大的α-Al晶粒被明顯細化；針狀、塊狀和骨骼狀的(FeMn)Alf^P Mn3SiAl12相全部被打斷，成卵石狀或細小顆粒狀均勻分布在鋁基體上。試樣的拉伸性能在本實驗條件下，這種含Mn: I. 0-1.5%，Fe:O. 7%, Si:O. 6%,Cu:O. 05-0. 20%, Zn:O. 1%, Ti:O. 024, C:0. 0016, RE:0. 008 的鋁合金抗拉強度為134. 5Mpa，伸長率為 28. 7%。實施例7:以制備含Mn: I. 5%, Fe: O. 7%, Si: O. 6%, Cu: O. 05%, Zn: O. 1%,Ti:O. 027%, C:0. 0018%, RE:O. 09% 的鋁合金為例。第一步，坩堝加熱至60(TC，加入經過清洗并預熱3003鋁合金；
第二步，Al-Ti-C-RE中間合金經200°C預熱25min ；
第三步，將坩堝溫度升至750°C，待坩堝內的3003鋁合金全部熔化后，添加占3003鋁合金總重量O. 9%的Al-Ti-C-RE中間合金，并在750°C下保溫3min，均勻攪拌；
第四步，將坩堝溫度降至715°C，靜置30min ；
第五步，用氬氣精煉熔液，通氣時間約為2. 5min，通氣后靜置5min，然后除去表面的氧化物，澆注到金屬模具中，澆注前金屬模具的預處理過程如實施例I ;
第六步，石墨粘土坩堝在澆注完畢后，將剩余的鋁合金熔液倒入廢棄坩堝內，并用干燥沙土掩埋。 OM及SEM形貌顯示，3003鋁合金加入O. 9%的Al-Ti-C-RE中間合金后，原本粗大的α-Al晶粒被明顯細化，針狀、塊狀和骨骼狀的(FeMn) AljP Mn3SiAl12相基本被變質成顆粒狀或小球狀，但是與實例6相比，細化變質效果并無明顯增加。試樣的拉伸性能在本實驗條件下，這種含Mn: I. 0-1.5%，Fe:O. 7%, Si:O. 6%,Cu:O. 05-0. 20%, Zn:O. 1%, Ti:O. 027%, C:0. 0018%, RE:0. 09% 的鋁合金的抗拉強度為134. IMpa，伸長率為 28. 5%。實施例8:以制備含Mn:I. 3%, Fe: O. 7%, Si: O. 6%, Cu: O. 09%, Zn: O. 1%,Ti:O. 03%, C:0. 002%, RE:0. 01% 的鋁合金為例。第一步，坩堝加熱至60(TC，加入經過清洗并預熱3003鋁合金；
第二步，Al-Ti-C-RE中間合金經200°C預熱25min ；
第三步，將坩堝溫度升至750°C，待坩堝內的3003鋁合金全部熔化后，添加占3003鋁合金總重量I. 0%的Al-Ti-C-RE中間合金，并在750°C下保溫3min，均勻攪拌；
第四步，將坩堝溫度降至715°C，靜置30min ；
第五步，用氬氣精煉熔液，通氣時間約為2. 5min，通氣后靜置5min，然后除去表面的氧化物，澆注到金屬模具中，澆注前金屬模具的預處理過程如實施例I ;
第六步，石墨粘土坩堝在澆注完畢后，將剩余的鋁合金熔液倒入廢棄坩堝內，并用干燥沙土掩埋。OM及SEM形貌顯示，3003鋁合金加入I. 0%的Al-Ti-C-RE中間合金后，原本粗大的α-Al晶粒被明顯細化，針狀、塊狀和骨骼狀的(FeMn) AljP Mn3SiAl12相基本被變質成細小顆粒狀或小球狀，但是與實例6相比，細化變質效果并無明顯增加。試樣的拉伸性能在本實驗條件下，這種含Mn: I. 0-1.5%，Fe:O. 7%, Si:O. 6%,Cu:O. 05-0. 20%, Zn:O. 1%, Ti:O. 03, C:0. 002, RE:0. 01 的鋁合金的抗拉強度為132. 6Mpa，伸長率為 28. 1%。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種手機電池外殼用鋁合金及其制備方法，其組分及重量百分數為Μη:1.0-1.5%，Fe: O. 7%, Si :0. 6%, Cu :0. 05-0. 20%, Zn :0. 1%, Ti :0. 006-0. 03%, C :0. 0004-0. 002%,RE:0. 002-0. 01%,余量為 Al。
2.一種手機電池外殼用鋁合金的制備方法，其特征在于包括如下步驟 第一步，坩堝加熱至60(TC，加入經過預處理且預熱的3003鋁合金； 第二步，將Al-Ti-C-RE中間合金在200°C預熱20_25min ； 第三步，將坩堝溫度升至750 °C，將添加量占3003鋁合金總重量O. 2%-1. 0%的Al-Ti-C-RE中間合金，添加至熔融態3003鋁合金中，并在750°C下保溫3_5min，均勻攪拌; 第四步，將坩堝溫度降至715°C，靜置5-30min ； 第五步，用氬氣精煉熔液，通氣時間約為2. 5min,通氣后靜置5min，然后除去表面的氧化物，澆注到金屬模具中。
3.根據權利要求2所述的一種手機電池外殼用鋁合金的制備方法，其特征在于所述中間合金Al-Ti-C-RE的化學成分及質量百分數為A1 95. 8%, Ti 3%, C 0.2%，RE: 1%。
4.根據權利要求2或3所述的一種手機電池外殼用鋁合金的制備方法，其特征在于所述第一步中，加入坩堝前3003鋁合金先在200°C溫度下預熱30min。
5.根據權利要求4所述的一種手機電池外殼用鋁合金的制備方法，其特征在于所述第五步中，澆注前金屬模具內除銹后預熱至150°C，在金屬模具內腔涂上防氧化易脫模的涂料，再在200°C下預熱20min。
6.根據權利要求5所述的一種手機電池外殼用招合金的制備方法,其特征在于所述防氧化易脫模的涂料用Al (OH)3、偏硅酸鈉和水配制，其配比為3:1:200。
全文摘要
本發明公開了一種手機電池外殼用鋁合金及其制備方法，其組分及重量百分數為Mn:1.0-1.5%,Fe:0.7%,Si:0.6%,Cu:0.05-0.20%,Zn:0.1%,Ti:0.006-0.03%,C:0.0004-0.002%,RE:0.002-0.01%,余量為Al。本發明的手機電池外殼用鋁合金的抗拉強度最高可達到134.5Mpa，伸長率最高達到28.7%，是一種韌性優良，耐沖壓性強的手機電池外殼用鋁合金。
文檔編號H04M1/02GK102634698SQ201210147808
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月14日 優先權日2012年5月14日
發明者岳金勝, 王鵬, 趙紅亮 申請人:河南譽金技術服務有限公司