專利名稱：矩形斷面電池容器用鋁合金板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機、電話等電子儀器類內(nèi)置的電池容器(盒)所使用的鋁合金板，其45°褶皺率高，DI(拉伸及減徑擠壓)成形性良好，而且是脈沖激光焊接性能優(yōu)良的矩形斷面電池容器用鋁合金板。
背景技術(shù)：
電子儀器等的驅(qū)動電源內(nèi)置有電池，該電池的容器一般使用鋁合金材料。例如，手機用的鋰離子2次電池的容器斷面通常采用矩形，縱向較小、橫向較寬、較厚的形狀。如果用具體的尺寸表示的話，即為縱向4～7mm×橫向20～30mm×厚度40～60mm的DI成形容器。在此容器內(nèi)裝入電池用材料，蓋子用激光焊接做成密閉狀態(tài)。
此電池容器，一般使用純Al系列及Al-Mn系列比較軟的鋁板，由于不僅要求DI成形性，對電池用材料在使用中發(fā)熱時的耐膨脹性也有要求，例如，專利公開2000-336448號公報(第2頁右欄第11～14行，同一頁同一欄第27～30行)，綜合考慮后，提出通過在Al-Mn-Si-Fe-Cu系列合金中適量添加Mg合金，或者除加入Mg以外，適量添加Cr、Zr、Ti等元素，可以得到具有優(yōu)良的沖壓成形性同時耐膨脹的合金。
另外，在專利公開2001-181766號公報(第2頁右邊一欄第5～14行、同一頁同一欄第33～39行)、提出了通過限制Al-Mn-Mg-Si-Fe-Cu系列合金冷壓延過程的加工率、結(jié)晶粒徑及金屬間化合物的面積占有率，提高盒子與蓋子間的激光焊接性，得到耐壓強度優(yōu)良的合金。
上述具有矩形斷面的容器，通過DI成形做成的坯料，與矩形形狀相比，橢圓形的形狀在下料階段其成品率較高，所以受到青睞，并且為了使DI成形后的褶皺率均勻，在圓筒容器上拉伸及成形時，需要使用壓延方向45°褶皺率較高的板材。
另一方面，從減輕電子儀器類內(nèi)置的電池容器重量的觀點出發(fā)，需要使用較薄的材質(zhì)。但是，在上述專利公開2000-336448號公報中，沒有關(guān)于45°褶皺率的敘述，另外以專利公開2001-181766號公報的公開為基準，要提高45°褶皺率的話，需要提高其最后壓延率，它受到薄板的DI成形性的限制，并且脈沖焊接速度會變慢。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明目的在于提供產(chǎn)品的收率高，薄板的矩形DI成形性良好，而且脈沖激光焊接性優(yōu)良的鋁合金板。
發(fā)明概述為了解決上述技術(shù)方面現(xiàn)存的課題，發(fā)明人通過反復(fù)研究，在3000系列以及讓其含有Mg的鋁合金中，同時適量加入Zr、Ti以及B鋁合金板，即使在壓延率較低的情況下，在圓筒容器中拉伸成形過程的45°褶皺率較高，矩形DI成形產(chǎn)品的成品率優(yōu)良，薄板的矩形DI成形性良好，并且脈沖激光焊接速度快，不存在裂紋的發(fā)生問題，以具有優(yōu)良的生產(chǎn)性為標題完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明中鋁合金板組成為Si0.10～0.60wt％、Fe0.20～0.60wt％、Cu0.10～0.70wt％、Mn0.60～1.50wt％、Mg0.20～1.20wt％、Zr0.12～0.20wt％(但是，不含上下限值)，Ti0.05～0.25wt％、B含有0.0010～0.02wt％，其余由Al以及難以避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
它是采用圓筒容器拉伸成形法，壓延方向為45°褶皺率4～7％為特征的矩形斷面電池容器用鋁合金板。關(guān)于上述以及以下的記載、有關(guān)數(shù)值范圍記載，在沒有特殊敘述的情況下，均視為包括上限值以及下限值。
采用這樣的構(gòu)成，具有產(chǎn)品的成品率較高、薄板的矩形DI成形性良好、同時脈沖激光焊接速度快的效果。
上述鋁合金板的組成中，通過加入Cr(0.35wt％以下)，除上述效果之外，得到DI成形后的矩形斷面電池容器的表面更加美觀的效果。
對本發(fā)明有關(guān)的元素，說明如下Si0.10～0.60wt％、Fe0.20～0.60wt％、Mn0.60～1.50wt％、這些元素是為了給予鋁合金板的強度的同時，將Al-Fe系、Al-Mn系列、Al-(Fe，Mn)-Si系列等的金屬間化合物形成微細分散，再結(jié)晶組織在細晶化的同時，付與DI成形性，未達到下限值時，其效果不明顯，耐膨脹性尚顯不足，另外，超過上限值時，會形成粗大化合物，使DI成形性降低，焊接性也會降低。
Cu0.10～0.70wt％、Mg0.20～1.20wt％、這些元素在付與鋁合金板強度的同時，使加工硬化變大，提高了耐膨脹性，達不到下限值時其效果不大，超過上限值時，其脈沖激光焊接性會降低，難以提高焊接速度。
Zr0.12～0.20wt％(不過，不包含上下限值)Ti0.05～0.25wt％、B0.0010～0.02wt％
通過以上元素的共存，使其生成多種類的凝固核的金屬間化合物，隨著快速凝固，可以防止在焊接焊道部的凝固時出現(xiàn)裂紋，從而實現(xiàn)脈沖激光焊接的高速化。進一步，采用低壓延率在圓筒容器中拉伸成形時給予45°方向的高褶皺率。但是，達不到下限值時其效果較小，超過上限值時，其45°褶皺率過高，將矩形斷面容器進行DI成形時，褶皺率變高會降低產(chǎn)品的成品率，由于生成粗大化合物從而降低了成形性能。
Zr在0.13～0.19wt％范圍最好。
在上述組成中，讓其Cr含量在0.35wt％以下時，進行再結(jié)晶粒微細化處理，從而容器表面整修得較為美觀。另外，由返材等不可避免的混入Cr，因為在通常的熔融制作中含有0.01wt％以下，要想使Cr的添加效果更加明顯的話，需要使其含有量超過0.01wt％。較好的情況為Cr在0.1wt％以上、更好的情況是Cr在0.15wt％以上。
當(dāng)超過上限值時，會生成粗大化合物反而降低了成形性。
難以避免的雜質(zhì)來源于原料以及回收材料等的不可避免的混入不在管理項目之內(nèi)，例如，Zn含有量在0.25wt％以下，Ga以及V含有量分別在0.05wt％以下的其它元素，在上述范圍內(nèi)，即使多少含有管理項目之外的元素也不會影響本發(fā)明的效果。
下面對壓延方向45°褶皺率4～7％進行說明。
鋁壓延板的圓形坯料用圓筒容器拉伸成形時，軟質(zhì)材料的情況下，在壓延方向0°，90°方向的容器邊緣角部易形成發(fā)達的凸起，在強加工材料的情況下，45°方向的容器邊緣部分的角部形成發(fā)達的凸起部分。這個凸起部分稱作飛邊，為了做成產(chǎn)品需要將其削除，所以造成材料的產(chǎn)品成品率降低。即，通常需要飛邊向0°，90°或45°方向偏，需要使用飛邊不發(fā)達的均勻的板材。
但是，以斷面為矩形的容器進行DI成形時，如上所述，使用橢圓形的坯料與使用矩形坯料相比，在下料階段收率較高受到青睞，另一方面，由飛邊均勻的板材得到的橢圓形的坯料的長邊或短邊與板材的壓延方向平行時，通過拉伸加工，0°，90°方向的容器邊緣部分角部的凸起部較為發(fā)達，在45°方向上形成谷部，導(dǎo)致產(chǎn)品的成品率降低。
因此，預(yù)先使用45°方向飛邊發(fā)達的板材，可以通過DI加工使飛邊均勻成形，從而提高產(chǎn)品成品率。
即，上述的原來型便攜式儀器的電池容器，通過使用坯料45°褶皺率在4％以上7％以下的鋁合金板，就可以得到產(chǎn)品成品率較高的DI產(chǎn)品。
附圖簡述現(xiàn)就附加的圖紙進行說明，

圖1是脈沖激光焊接的矩形斷面帶蓋的電池容器的斜視圖，其中1是容器、2是蓋子、3是容器1與蓋子2用脈沖激光焊接后的焊接線；圖2是將容器1拉伸加工時的略橢圓形坯料的平面圖，其中4是其坯料，5表示在DI加工時的沖頭所接觸的位置的假想線。
具體實施例方式
下面就與本發(fā)明有關(guān)的鋁合金板的較好的制造方法進行說明。將具有上述組成的鋁合金熔融液通過半連續(xù)鑄造法制成鑄塊，進行均勻化處理以及熱壓延，經(jīng)過中間退火，以及最后壓延，得到所需強度且具有45°褶皺率的鋁合金板。
用半連續(xù)鑄造法鑄造的結(jié)果得到的鑄塊的均勻化處理，是為了使壓延容易進行，在高溫保持后，消除鑄造偏析。其溫度500～600℃保持1小時以上較好。若此加熱溫度過低，或者保持時間過短時，析出物的尺寸變小，退火時的再結(jié)晶顆粒會變粗，以致DI成形后的外觀表面不能整體美觀。另外，即使最后的壓延率較低，褶皺率也容易超過7％，不能得到所需的強度。如果加熱溫度過高，容易產(chǎn)生部分溶融的危險。更佳的條件是將均勻化處理的溫度維持在520℃以上、590℃以下的范圍之內(nèi)。
中間退火目的在于使再結(jié)晶組織微細化，采用升溫速度5℃/sec以上的連續(xù)退火較好，其加熱溫度也在400℃以上，進一步加溫的話，可以同時使其固溶化處理。保持時間在10秒以內(nèi)較好。
最后壓延和均勻化處理溫度同樣給予45°褶皺率的影響較大。即，均勻化處理在500～600℃保持1小時間以上，最后壓延采用壓延率25～55％，即可得到45°褶皺率4～7％的鋁合金板。此最后壓延的壓延率未達到下限值時，不僅不能得到所要的強度，而且45°褶皺率較低，如果超過上限值的話，其45°褶皺率過高，在矩形斷面容器進行DI成形時的產(chǎn)品成品率反而降低，同時其延展性降低，DI成形時在模具的肩部容易出現(xiàn)裂紋。
這樣得到的板材按上述各種尺寸在矩形斷面的容器中成形加工，例如，板厚為0.6mm，通過拉伸加工及減徑擠壓加工制成容器。
該容器在裝入電池用材料之后加蓋，在對接部分進行脈沖激光焊接后即成為電池，但是，上述容器在未裝入電池用材料之前，在40～170℃的溫度下加熱處理，通過老化硬化，可以提高其強度，以便在穩(wěn)定的狀態(tài)下使用。
下面就在容器上加蓋固定以及脈沖激光焊接進行說明。
容器上加上蓋子，將接口部分在大氣中，或者根據(jù)需要以氬氣等惰性氣體作為輔助氣體保護進行焊接。焊接條件由板材的厚度、脈沖時間、輸出、焦點偏移距離以及焊接速度等條件決定，進行焊接。即、以脈沖時間0.3～5ms、1.5～15焦耳/焊點、焦點偏離距離-5～+10mm、焊接速度1～30mm/sec的范圍為量度，可以適當(dāng)?shù)牟捎茫@些條件不受上述限定。
下面就具體的實例進行說明。
(實施例1)熔融制作鋁合金溶液，采用半連續(xù)鑄造法，厚度530mm、寬度1100mm、模具通入的冷卻水為2.5～3.0升/cm分、以鑄塊的取出速度為40～60mm/分鑄造了鑄塊。Zr的添加采用Al-Zr母合金，Ti的添加采用Al-Ti母合金，B的添加采用Al-Ti-B母合金進行。其組成如表1所示。
然后將該鑄塊進行表面切削后，進行均勻化處理，保持后開始熱壓延，得到終止溫度400℃厚度6mm的熱延板。然后，用冷壓延4脈沖得到各種厚度的冷壓延板，進行了中間退火處理。中間退火處理采用電磁誘導(dǎo)加熱至520℃，保持數(shù)秒后用水淬火。淬火后最后進行冷壓延，得到了厚度為0.6mm的壓延板。用上述壓延板進行了以下的測定。其結(jié)果如表2所示。
<45°褶皺率>
圓形坯料用圓筒容器進行拉伸成形，測定了45°褶皺率。
45°褶皺率按下式進行了計算45°褶皺率(％)＝100(H1-H2)/0.5(H1+H2)式中H1由底部至頂部的距離的平均值H2由底部至谷部的距離的平均值<產(chǎn)品成品>
橢圓形坯料拉伸成形后進行減徑擠壓加工，制作內(nèi)部尺寸為縱向5mm×橫向25mm×厚度50mm的有底容器，為了將容器的邊緣部找平，進行了切削加工，測定了材料的產(chǎn)品成品率。減徑擠壓的加工率為50％。
產(chǎn)品成品率按下式進行了計算產(chǎn)品成品率(％)＝產(chǎn)品重量/橢圓形坯料重量×100<焊接性>
得到的板材按照共同材料進行對接，按下述條件進行脈沖激光焊接，用40倍光學(xué)顯微鏡確認有無裂紋。另外，一方的板材按照1100材進行了焊接，與共同材料焊接時得到的結(jié)果相同。無裂紋時作○標記、有裂紋時作×標記。

焊接速度低速 5mm/sec.
高速 20mm/sec.
1脈沖時間0.5ms輸出 2.5焦耳/焊點調(diào)節(jié)使焦點偏離距離 焊接寬度控制在1mm以內(nèi)頻率 100Hz(表1)組成(單位wt％)


注1.其余為Al以及其它不可避免的雜質(zhì)
(表2)條件及測定結(jié)果

注2.○標記無裂紋×標記發(fā)生裂紋根據(jù)表1、2的結(jié)果，以本發(fā)明為例，Zr、Ti及B同時共存，45°褶皺率在本發(fā)明范圍內(nèi)的樣品(樣品編號1～12)，其產(chǎn)品成品率較高，即使當(dāng)脈沖激光焊接速度較快時，也未發(fā)現(xiàn)焊接裂紋，其焊接性優(yōu)良。另外，含有Cr的本發(fā)明范圍內(nèi)的樣品(樣品編號3、7、9)，容器的產(chǎn)品表面十分美觀。
另一方面、作為對比例，Zr、Ti以及B都在雜質(zhì)范圍之內(nèi)，并且45°褶皺率較低的樣品(樣品編號13)、其產(chǎn)品成品率較低，出現(xiàn)焊接裂紋，焊接性能較低。
另外、Zr、Ti或者B單獨或者2元素共存的樣品(樣品編號14～22)，會產(chǎn)生焊接裂紋，焊接性有所下降。
另外、Zr、Ti或者B的含有量超過本發(fā)明的范圍的樣品(樣品編號20～22)，在DI成形時會發(fā)生裂紋，成形性不好。
如上所述，由于本發(fā)明的鋁合金板不僅其45°褶皺率較高，脈沖激光焊接性能優(yōu)良，以高收率制作矩形斷面的電池容器，而且由于可以在容器上加蓋高速度焊接，在電池的制造方面其生產(chǎn)性能較好，同時具有各種各樣的工業(yè)方面的效果。
權(quán)利要求
1.一種矩形斷面電池容器用鋁合金板，包含Si0.10～0.60wt％、Fe0.20～0.60wt％、Cu0.10～0.70wt％、Mn0.60～1.50wt％、Mg0.20～1.20wt％、Zr0.12～0.20wt％(不含上下限值)、Ti0.05～0.25wt％、B含有0.0010～0.02wt％、其余為Al以及其它不可避免的雜質(zhì)，其采用圓筒容器拉伸成形法，壓延方向為45°，褶皺率為4～7％。
2.如權(quán)利要求1中所述的矩形斷面電池容器用鋁合金板，其特征在于所述的矩形斷面電池容器用鋁合金板的組成中再適量加入含量在0.35wt％以下的Cr。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以得到產(chǎn)品成品率高，薄板的矩形DI成形性良好，而且脈沖激光焊接性能優(yōu)良的鋁合金板。鋁合金板的組成為Si0.10～0.60wt％、Fe0.20～0.60wt％、Cu0.10～0.70wt％、Mn0.60～1.50wt％、Mg0.20～1.20wt％、Zr0.12～0.20wt％(不含上下限值)，Ti0.05～0.25wt％、B0.0010～0.02wt％、根據(jù)需要控制Cr含量在0.35wt％以下，其余由Al及難以避免的雜質(zhì)構(gòu)成，采用圓筒容器拉伸成形法，壓延方向為45°，褶皺率為4～7％。
文檔編號H01M2/02GK1955326SQ20061011214
公開日2007年5月2日 申請日期2003年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者高橋照榮, 鈴木和好, 趙丕植, 石井秀彥 申請人:日本輕金屬株式會社