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CN111996423A - 一种太阳能光伏边框用铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

一种太阳能光伏边框用铝合金型材及其制备方法 Download PDF

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CN111996423A
CN111996423A CN202010664880.8A CN202010664880A CN111996423A CN 111996423 A CN111996423 A CN 111996423A CN 202010664880 A CN202010664880 A CN 202010664880A CN 111996423 A CN111996423 A CN 111996423A
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高淑阁
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姜浩
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CITIC Bohai Aluminium Industries Holding Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种太阳能光伏边框用铝合金型材及其制备方法，本发明的铝合金型材通过调整Mg、Si含量来控制形成Mg2Si含量以及过剩游离Si的含量，对比6063合金抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp0.2)以及延伸率(A50)都有明显提升，对比6005合金挤压生产效率提升30％以上，同时规定Cu+Mn的总量来控制型材阳极氧化后膜的色差问题，能够广泛适用于目前光伏市场的要求，尤其适用于轻量化的太阳能光伏(小米重小边框)高强度的要求，适合工厂批量生产，工艺执行简单，生产成本低。抗拉强度(Rm)达到240Mpa、屈服强度(Rp0.2)达到220Mpa以上，以及延伸率(A50)10％以上，韦氏硬度14HW以上，氧化膜质量好，银白光亮没有色差。

Description

一种太阳能光伏边框用铝合金型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏领域，具体涉及一种太阳能光伏边框用铝合金型材及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏边框作为支撑和固定太阳能电池的边框，目前大多采用6063铝合金挤压型材经阳极氧化加工而成，其良好的挤压易成型性、易氧化性得到普遍应用。
随着市场经济的发展，国内各大光伏组件厂家对太阳能光伏边框逐渐趋于轻量化，米重逐渐变小，但同时还需要满足承载高强度要求，再采用6063合金时很难满足要求，此时大部分光伏组件厂家开始更换合金品种，如采用6005合金，但6005铝合金相对6063铝合金挤压成型难，生产效率低等因素制约其普遍生产的适用性。
发明内容
为解决上述至少一个问题，本发明提供的一种太阳能光伏边框用铝合金型材及其制备方法，以在保证铝合金型材高强度的同时，降低生产成本。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种太阳能光伏边框用铝合金型材，所述铝合金型材由以下按质量百分比计的合金元素组成：Si为0.50-0.90％，Mg为0.40-0.80％，Fe为0.15-0.25％，Ti为0.015-0.025％，Cu<0.08％，Mn<0.08％，Zn<0.10％，其余为Al，总量为100％，其中，所述Cu与Mn的质量百分比之和为0.08-0.16％。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种太阳能光伏边框用铝合金型材，所述铝合金型材由以下按质量百分比计的合金元素组成：Si为0.50％-0.65％，Mg为0.55-0.65％，Fe为0.20％，Ti为0.20％，Cu<0.10％，Mn<0.10％，Zn<0.10％，其余为Al,总量为100％，其中，所述Cu与Mn的质量百分比之和为0.08-0.16％。
从而，通过调整合金中Mg和Si的元素含量，来控制合金中形成Mg2Si的含量以及游离过剩Si的含量，同时规定Cu+Mn的总量来控制型材阳极氧化后膜的色差问题，不需要加入其他稀土元素和Sb、Ag、Zr等贵金属元素。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种前述太阳能光伏边框用铝合金型材的制备方法，包括，
步骤(1)：将Al99.70b铝锭和回炉料投入到熔炼炉内，经熔炼化料后使铝液温度保持在680-730℃，其中，所述Al99.70b铝锭质量占比不小于60％，所述回炉料质量占比不超过40％；
步骤(2)：取所述步骤(1)获得的铝液取样分析，根据分析结果调整铝合金成分，然后进行扒渣，扒渣后升温保证铝液温度在750±5℃；
步骤(3)：将所述步骤(2)获得的铝液导入静置炉，导炉过程中细化剂钛以AlTi5B杆的形式加入到静置炉内，在静置炉内采用氮气以0.3-0.5Mpa的压力进行喷吹精炼，精炼时间为10-20min，精炼后进行静置保证铝液温度在730-745℃；
步骤(4)：将所述步骤(3)获得的铝液输送到指定模具内采用热顶方式进行铸造，铸造速度控制在120-140mm/min，冷却水压力控制在0.05-0.18Mpa之间，得到铝合金圆铸棒；
步骤(5)：将所述步骤(4)获得的所述铝合金圆铸棒100％进行超声波探伤，排除内部裂纹缺陷，再进行锯切去除头尾工艺废品，得成品挤压用铸棒；
步骤(6)：将所述步骤(5)获得所述铸棒加入到长棒炉内，将所述铸棒温度加热到465-510℃，保温3-4小时，采用长棒热剪成短锭进行正向挤压的方式获得型材，挤压生产，挤压机的挤压杆前进速度控制在4.0-5.0mm/s，同时在挤压过程中利用在线淬火装置进行强风冷或水喷淋冷却，所述型材经过淬火冷却区后满足在200℃以下；
步骤(7)：所述型材经在线淬火后，传送至在冷却平台，待所述型材冷却至40℃以下后进行拉伸矫直，拉伸率控制在0.5-2.0％；
步骤(8)：经所述步骤(7)获得的所述型材锯切码放装筐，进行人工时效处理，人工时效的方式为：以90℃/h速率升温到195℃，保温4小时，出炉后以120℃/h的速率强风冷却至40℃以下；
步骤(9)：经所述步骤(8)获得的型材经喷砂、氧化前预处理、立式阳极氧化、低温封孔获得指定氧化膜厚度的型材，再进行深加工自动线加工成指定规格的太阳能光伏边框型材。
优选的，在所述步骤(4)中，控制所述铸造速度在130mm/min，控制所述冷却水压力在0.1Mpa。
本发明具有如下的有益效果：本发明提供的铝合金型材的组分配比和生产工艺能够实现工厂批量大规模生产、成本低、工艺执行方便、操作简单，并可以不需要加入其他稀土元素和Sb、Ag、Zr等元素的情况下，使制备的铝型材抗拉强度(Rm)达到240Mpa、屈服强度(Rp0.2)达到220Mpa以上，延伸率(A50)12％以上，相对6005合金挤压效率提升30％以上，同时规定Cu+Mn的总量来控制型材阳极氧化后膜的色差问题，能够广泛适用于目前光伏市场的要求，尤其适用于轻量化的太阳能光伏(小米重小边框)高强度的要求。
具体实施方式
下面通过以下具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
本发明的一种高强度太阳能光伏边框用铝合金型材，由以下按质量百分比计的合金元素组成：Si 0.50％，Mg 0.55％，Fe 0.15％，Ti 0.015％，Cu<0.10％，Mn<0.10％，Zn<0.10％，其余为Al，总量为100％，Cu+Mn的质量百分比控制在0.08-0.16％。
该铝合金型材制备方法如下：
步骤(1)熔炼配料时将Al99.70b铝锭和回炉料按照：Al99.70b铝锭60％，回炉料40％比例投入到熔炼炉内，经熔炼化料后使铝液温度保持在680-730℃；
步骤(2)取步骤(1)获得的铝液取样分析，根据分析结果调整合金成分，然后进行扒渣，扒渣后升温保证铝液温度750±5℃；
步骤(3)将步骤(2)获得的铝液导入静置炉，导炉过程中细化剂钛以AlTi5B杆的形式加入到静置炉内，在静置炉内采用氮气以0.3-0.5Mpa的压力进行喷吹精炼，精炼时间10-20min，精炼后进行静置保证铝液温度在730℃；
步骤(4)将步骤(3)获得的铝液输送到指定模具内采用热顶方式进行铸造，铸造速度控制在120mm/min，冷却水压力控制在0.05-0.18Mpa之间，得到铝合金圆柱棒；
步骤(5)将步骤(4)获得的铝合金圆柱棒100％进行超声波探伤，排除内部裂纹缺陷，再进行锯切去除头尾工艺废品，得成品挤压用铸棒；
步骤(6)：将步骤(5)获得铸棒加入到长棒炉内，将铸棒温度加热到465-510℃，保温3-4小时，采用长棒热剪成短锭进行正向挤压的方式获得型材，挤压生产，挤压机的挤压杆前进速度控制在4.0-5.0mm/s，同时在挤压过程中利用在线淬火装置进行强风冷或水喷淋冷却，型材经过淬火冷却区后满足在200℃以下；
步骤(7)高温热挤压型材经在线淬火后，传送至在冷却平台，待型材冷却至40℃以下后进行拉伸矫直，拉伸率控制在0.8％；
步骤(8)经步骤(7)获得的型材锯切码放装筐，进行人工时效处理，人工时效的方式为：以90℃/h速率升温到195℃，保温4小时，出炉后以120℃/h的速率强风冷却至40℃以下；
步骤(9)经步骤(8)获得型材经喷砂、氧化前预处理、立式阳极氧化、低温封孔获得指定氧化膜厚度的型材，再进行深加工自动线加工成指定规格的太阳能光伏边框型材。
实施例2
本发明的一种高强度太阳能光伏边框用铝合金型材，由以下按质量百分比计的合金元素组成：Si 0.55％，Mg 0.60％，Fe 0.20％，Ti 0.020％，Cu<0.10％，Mn<0.10％，Zn<0.10％，其余为Al，Cu+Mn的质量百分比控制在0.08-0.16％。
该铝合金型材制备方法如下：
步骤(1)熔炼配料时将Al99.70b铝锭和回炉料按照：Al99.70b铝锭70％，回炉料30％比例投入到熔炼炉内，经熔炼化料后使铝液温度保持在680-730℃；
步骤(2)取步骤(1)获得的铝液取样分析，根据分析结果调整合金成分，然后进行扒渣，扒渣后升温保证铝液温度750±5℃；
步骤(3)将步骤(2)获得的铝液导入静置炉，导炉过程中细化剂钛以AlTi5B杆的形式加入到静置炉内，在静置炉内采用氮气以0.3-0.5Mpa的压力进行喷吹精炼，精炼时间10-20min，精炼后进行静置保证铝液温度在735℃；
步骤(4)将步骤(3)获得的铝液输送到指定模具内采用热顶方式进行铸造，铸造速度控制在130mm/min，冷却水压力控制在0.05-0.18Mpa之间，得到铝合金圆柱棒；
步骤(5)将步骤(4)获得的铝合金圆柱棒100％进行超声波探伤，排除内部裂纹缺陷，再进行锯切去除头尾工艺废品，得成品挤压用铸棒；
步骤(6)：将步骤(5)获得铸棒加入到长棒炉内，将铸棒温度加热到465-510℃，保温3-4小时，采用长棒热剪成短锭进行正向挤压的方式获得型材，挤压生产，挤压机的挤压杆前进速度控制在4.0-5.0mm/s，同时在挤压过程中利用在线淬火装置进行强风冷或水喷淋冷却，型材经过淬火冷却区后满足在200℃以下；
步骤(7)高温热挤压型材经在线淬火后，传送至在冷却平台，待型材冷却至40℃以下后进行拉伸矫直，拉伸率控制在1.0％；
步骤(8)经步骤步骤(7)获得的型材锯切码放装筐，进行人工时效处理，人工时效的方式为：以90℃/h速率升温到195℃，保温4小时，出炉后以120℃/h的速率强风冷却至40℃以下；
步骤(9)经步骤(8)获得型材经喷砂、氧化前预处理、立式阳极氧化、低温封孔获得指定氧化膜厚度的型材，再进行深加工自动线加工成指定规格的太阳能光伏边框型材。
实施例3
本发明的一种高强度太阳能光伏边框用铝合金型材，由以下按质量百分比计的合金元素组成：Si 0.60％，Mg 0.60％，Fe 0.20％，Ti 0.020％，Cu<0.10％，Mn<0.10％，Zn<0.10％，其余为Al，Cu+Mn的质量百分比控制在0.08-0.16％。
该铝合金型材制备方法如下：
步骤(1)熔炼配料时将Al99.70b铝锭和回炉料按照：Al99.70b铝锭80％，回炉料20％比例投入到熔炼炉内，经熔炼化料后使铝液温度保持在680-730℃；
步骤(2)取步骤(1)获得的铝液取样分析，根据分析结果调整合金成分，然后进行扒渣，扒渣后升温保证铝液温度750±5℃；
步骤(3)将步骤(2)获得的铝液导入静置炉，导炉过程中细化剂钛以AlTi5B杆的形式加入到静置炉内，在静置炉内采用氮气以0.3-0.5Mpa的压力进行喷吹精炼，精炼时间10-20min，精炼后进行静置保证铝液温度在740℃；
步骤(4)将步骤(3)获得的铝液输送到指定模具内采用热顶方式进行铸造，铸造速度控制在130mm/min，冷却水压力控制在0.05-0.18Mpa之间，得到铝合金圆柱棒；
步骤(5)将步骤(4)获得的铝合金圆柱棒100％进行超声波探伤，排除内部裂纹缺陷，再进行锯切去除头尾工艺废品，得成品挤压用铸棒；
步骤(6)将步骤(5)获得铸棒加入到长棒炉内，将铸棒温度加热到465-510℃，保温3-4小时，采用长棒热剪成短锭进行正向挤压的方式获得型材，同时在挤压过程中利用在线淬火装置进行强风冷或水喷淋冷却，型材经过淬火冷却区后满足在200℃以下；
步骤(7)高温热挤压型材经在线淬火后，传送至在冷却平台，待型材冷却至40℃以下后进行拉伸矫直，拉伸率控制在1.5％；
步骤(8)经步骤(7)获得的型材锯切码放装筐，进行人工时效处理，人工时效的方式为：以90℃/h速率升温到195℃，保温4小时，出炉后以120℃/h的速率强风冷却至40℃以下；
步骤(9)经步骤(8)获得型材经喷砂、氧化前预处理、立式阳极氧化、低温封孔获得指定氧化膜厚度的型材，再进行深加工自动线加工成指定规格的太阳能光伏边框型材。
实施例4
本发明的一种高强度太阳能光伏边框用铝合金型材，由以下按质量百分比计的合金元素组成：Si 0.60％，Mg 0.65％，Fe 0.25％，Ti 0.025％，Cu<0.10％，Mn<0.10％，Zn<0.10％，其余为Al，Cu+Mn的质量百分比控制在0.08-0.16％。
该铝合金型材制备方法如下：
步骤(1)熔炼配料时将Al99.70b铝锭和回炉料按照：Al99.70b铝锭90％，回炉料10％比例投入到熔炼炉内，经熔炼化料后使铝液温度保持在680-730℃；
步骤(2)取步骤(1)获得的铝液取样分析，根据分析结果调整合金成分，然后进行扒渣，扒渣后升温保证铝液温度750±5℃；
步骤(3)将步骤(2)获得的铝液导入静置炉，导炉过程中细化剂钛以AlTi5B杆的形式加入到静置炉内，在静置炉内采用氮气以0.3-0.5Mpa的压力进行喷吹精炼，精炼时间10-20min，精炼后进行静置保证铝液温度在740℃；
步骤(4)将步骤(3)获得的铝液输送到指定模具内采用热顶方式进行铸造，铸造速度控制在140mm/min，冷却水压力控制在0.05-0.18Mpa之间，得到铝合金圆柱棒；
步骤(5)将步骤(4)获得的铝合金圆柱棒100％进行超声波探伤，排除内部裂纹缺陷，再进行锯切去除头尾工艺废品，得成品挤压用铸棒；
步骤(6)将步骤(5)获得铸棒加入到长棒炉内，将铸棒温度加热到465-510℃，保温3-4小时，采用长棒热剪成短锭进行正向挤压的方式获得型材，同时在挤压过程中利用在线淬火装置进行强风冷或水喷淋冷却，型材经过淬火冷却区后满足在200℃以下；
步骤(7)高温热挤压型材经在线淬火后，传送至在冷却平台，待型材冷却至40℃以下后进行拉伸矫直，拉伸率控制在2.0％；
步骤(8)经步骤(7)获得的型材锯切码放装筐，进行人工时效处理，人工时效的方式为：以90℃/h速率升温到195℃，保温4小时，出炉后以120℃/h的速率强风冷却至40℃以下；
步骤(9)经步骤(8)获得型材经喷砂、氧化前预处理、立式阳极氧化、低温封孔获得指定氧化膜厚度的型材，再进行深加工自动线加工成指定规格的太阳能光伏边框型材。
实施例5
本发明的一种高强度太阳能光伏边框用铝合金型材，由以下按质量百分比计的合金元素组成：Si 0.65％，Mg 0.65％，Fe 0.25％，Ti 0.025％，Cu<0.10％，Mn<0.10％，Zn<0.10％，其余为Al，Cu+Mn的质量百分比控制在0.08-0.16％。
该铝合金型材制备方法如下：
步骤(1)熔炼配料时将Al99.70b铝锭和回炉料按照：Al99.70b铝锭100％，回炉料0％比例投入到熔炼炉内，经熔炼化料后使铝液温度保持在680-730℃；
步骤(2)取步骤(1)获得的铝液取样分析，根据分析结果调整合金成分，然后进行扒渣，扒渣后升温保证铝液温度750±5℃；
步骤(3)将步骤(2)获得的铝液导入静置炉，导炉过程中细化剂钛以AlTi5B杆的形式加入到静置炉内，在静置炉内采用氮气以0.3-0.5Mpa的压力进行喷吹精炼，精炼时间10-20min，精炼后进行静置保证铝液温度在745℃；
步骤(4)将步骤(3)获得的铝液输送到指定模具内采用热顶方式进行铸造，铸造速度控制在140mm/min，冷却水压力控制在0.05-0.18Mpa之间，得到铝合金圆柱棒；
步骤(5)将步骤(4)获得的铝合金圆柱棒100％进行超声波探伤，排除内部裂纹缺陷，再进行锯切去除头尾工艺废品，得成品挤压用铸棒；
步骤(6)将步骤(5)获得铸棒加入到长棒炉内，将铸棒温度加热到465-510℃，保温3-4小时，采用长棒热剪成短锭进行正向挤压的方式获得型材，同时在挤压过程中利用在线淬火装置进行强风冷或水喷淋冷却，型材经过淬火冷却区后满足在200℃以下；
步骤(7)高温热挤压型材经在线淬火后，传送至在冷却平台，待型材冷却至40℃以下后进行拉伸矫直，拉伸率控制在2.0％；
步骤(8)经步骤(7)获得的型材锯切码放装筐，进行人工时效处理，人工时效的方式为：以90℃/h速率升温到195℃，保温4小时，出炉后以120℃/h的速率强风冷却至40℃以下；
步骤(9)经步骤(8)获得型材经喷砂、氧化前预处理、立式阳极氧化、低温封孔获得指定氧化膜厚度的型材，再进行深加工自动线加工成指定规格的太阳能光伏边框型材。
对上述实施例1-5进行力学性能和氧化膜性能检测，每个实施例取2个试样进行检测，检测结果见下表1。
表1本发明实施例性能检测结果
Figure BDA0002579967690000101
以上实施例和检测结果仅用于对本发明更加明确的说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种太阳能光伏边框用铝合金型材，其特征在于，所述铝合金型材由以下按质量百分比计的合金元素组成：Si为0.50-0.90％，Mg为0.40-0.80％，Fe为0.15-0.25％，Ti为0.015-0.025％，Cu<0.08％，Mn<0.08％，Zn<0.10％，其余为Al，总量为100％，其中，所述Cu与Mn的质量百分比之和为0.08-0.16％。
2.一种太阳能光伏边框用铝合金型材，其特征在于，所述铝合金型材由以下按质量百分比计的合金元素组成：Si为0.50％-0.65％，Mg为0.55-0.65％，Fe为0.20％，Ti为0.020％，Cu<0.10％，Mn<0.10％，Zn<0.10％，其余为Al,总量为100％，其中，所述Cu与Mn的质量百分比之和为0.08-0.16％。
3.一种如权利要求1或2所述的太阳能光伏边框用铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括，
步骤(1)：将Al99.70b铝锭和回炉料投入到熔炼炉内，经熔炼化料后使铝液温度保持在680-730℃，其中，所述Al99.70b铝锭质量占比不小于60％，所述回炉料质量占比不超过40％；
步骤(2)：取所述步骤(1)获得的铝液取样分析，根据分析结果调整铝合金成分，然后进行扒渣，扒渣后升温保证铝液温度在750±5℃；
步骤(3)：将所述步骤(2)获得的铝液导入静置炉，导炉过程中细化剂钛以AlTi5B杆的形式加入到静置炉内，在静置炉内采用氮气以0.3-0.5Mpa的压力进行喷吹精炼，精炼时间为10-20min，精炼后进行静置保证铝液温度在730-745℃；
步骤(4)：将所述步骤(3)获得的铝液输送到指定模具内采用热顶方式进行铸造，铸造速度控制在120-140mm/min，冷却水压力控制在0.05-0.18Mpa之间，得到铝合金圆铸棒；
步骤(5)：将所述步骤(4)获得的所述铝合金圆铸棒100％进行超声波探伤，排除内部裂纹缺陷，再进行锯切去除头尾工艺废品，得成品挤压用铸棒；
步骤(6)：将所述步骤(5)获得所述铸棒加入到长棒炉内，将所述铸棒温度加热到465-510℃，保温3-4小时，采用长棒热剪成短锭进行正向挤压的方式获得型材，挤压生产，挤压机的挤压杆前进速度控制在4.0-5.0mm/s，同时在挤压过程中利用在线淬火装置进行强风冷或水喷淋冷却，所述型材经过淬火冷却区后满足在200℃以下；
步骤(7)：所述型材经在线淬火后，传送至在冷却平台，待所述型材冷却至40℃以下后进行拉伸矫直，拉伸率控制在0.5-2.0％；
步骤(8)：经所述步骤(7)获得的所述型材锯切码放装筐，进行人工时效处理，人工时效的方式为：以90℃/h速率升温到195℃，保温4小时，出炉后以120℃/h的速率强风冷却至40℃以下；
步骤(9)：经所述步骤(8)获得的型材经喷砂、氧化前预处理、立式阳极氧化、低温封孔获得指定氧化膜厚度的型材，再进行深加工自动线加工成指定规格的太阳能光伏边框型材。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
在所述步骤(4)中，控制所述铸造速度在130mm/min，控制所述冷却水压力在0.1Mpa。
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