微量Cu对1060电池铝箔微观组织和力学性能的影响

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1060铝箔因其导电性好、易加工成形等优点而经常用作电池铝箔,其作用是承载电极活性物质,将电极活性物质产生的电流汇聚并输出。铸轧法生产的1060铝箔经常因为抗拉强度和延伸率较低而不满足电池铝箔的性能要求。本文选择添加微量的Cu,通过控制微观组织及加工工艺,在不降低导电性和耐腐蚀性的情况下,提高力学性能。本文采用OM、POM、SEM、EBSD、XRD等微观组织分析手段,结合显微硬度、板材拉伸、铝箔拉伸等力学性能测试方法,系统分析了微量Cu(0.038%)对1060电池铝箔微观组织和力学性能的影响,并采用耐电解质腐蚀性能测试、电导率测试等分析手段检验了1060电池铝箔的耐腐蚀性能和导电性能。研究结果表明:添加Cu元素可以细化1060铸坯、冷轧坯料、退火坯料和铝箔的晶粒,对第二相颗粒影响并不显著,对冷轧坯料中织构略有影响:铸轧坯料的亚晶粒和取向角减小,横截面平均亚晶尺寸由3.83μm细化为3.31μm,平均取向角由7.39°减小为6.24°,1μm级的亚晶粒的数量增加1倍;冷轧坯料的晶粒细化,晶界波动特征明显;再结晶退火坯料的晶粒尺寸显著减小,横截面平均晶粒尺寸由51.3μm细化为30.3μm;最终厚15μm铝箔沿表面方向的平均晶粒尺寸由3.08μm细化为2.67μm。铸轧坯料、冷轧坯料(再结晶前)中的第二相尺寸、形貌和成分基本不变,均为只含有Al和Fe的θ-(Al-Fe)相;再结晶退火后,θ-(Al-Fe)相均被熔断,生成Fe:Si≈2的α-(Al-Fe-Si)相;导致最终铝箔中第二相成分和平均尺寸基本不变,均为Fe:Si≈2的α-(Al-Fe-Si)相,所以第二相的变化不是力学性能变化的主要原因。冷轧坯料中的织构类型不变,均主要为B{110}<112>和C{111}<112>织构,此外均含有少量的Goss{100}<011>和Cube{100}<001>织构,但是Goss{100}<011>织构含量增多,并且织构总体强度略微增加;厚15μm铝箔的部分织构由B织构转变为S和S1织构,织构强度略微增加。上述现象的产生主要是因为添加Cu元素之后,铝合金的层错能降低,位错交滑移能力下降,从而延缓了因交滑移而导致的位错湮灭,位错密度存储量提高,在铸轧坯料中形成多种形态的小角度亚晶界,产生细小的亚晶粒和较小的取向角;在进一步冷轧过程中,加工硬化率增加的幅度更大,不仅仅表现在细小的亚晶粒和较小的取向角上,而且冷轧板的晶粒出现波动特征,晶粒尺寸也略微减小;因此晶界的总面积增大,提供较多的形核区域,导致再结晶温度降低25℃,再结晶晶粒细化,再结晶程度增加,立方织构含量增加;最终铝箔中的S织构含量增加,织构强度略微提高,晶粒得到细化。此外,本文还系统研究Cu元素对1060铸坯、冷轧坯料、退火坯料和铝箔的力学性能、导电性能和抗腐蚀性能的影响情况,结果表明:添加Cu元素后,铸轧坯料的抗拉强度基本不变,屈服强度略微提高,延伸率提高约9%;冷轧坯料的抗拉强度提高约10Mpa,显微硬度提高约5HV,拉伸断口的剪切唇和韧窝较深;厚15μm铝箔沿着各个拉伸方向的抗拉强度均提高了约8.0%,延伸率提高了约76.0%,拉伸断口由脆性断裂转变为韧性断裂。同一种1060铝箔沿RD方向的抗拉强度与TD方向相似,均比DD方向高约10MPa。在冷轧、再结晶和箔轧过程中,强度和塑性差异进一步增大,这与其晶粒、亚晶、织构和第二相的演化相符。铝箔的抗拉强度提高可能是由于添加微量Cu后铝箔的晶粒细小和织构强度略高共同引起的,而铝箔的延伸率提高可能是由于添加微量Cu后铝箔的晶粒尺寸更细小以及第二相更加均匀共同引起的。1060铝箔的导电性能和耐电解质腐蚀性能基本不变,抗拉强度提高了约8.0%,延伸率提高了约76.0%。满足了电池铝箔的力学性能要求,目前已用于企业生产。
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