激光可焊性优良的铝合金板材制造技术

本发明专利技术提供一种具有优良的激光可焊性，即使在低输出功力下也可以得到良好的熔融状态的激光可焊性优良的电池壳体盖用铝合金板材，其特征在于，由含有０．６％～１０％的Ｓｉ、０．２％以下的Ｃｕ、０．２％以下的Ｍｇ，其余由Ａｌ及不可避免的杂质构成的铝合金形成，且基体中２μｍ～５μｍ的Ｓｉ单相及金属间化合物在每１００００μｍ↑［２］中存在４０个以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于通过激光焊接制造元件或壳体的铝合金板材，特别 是，涉及一种适合作为手机或笔记本电脑等中使用的锂离子电池壳体盖用 的、激光可焊性优良的铝合金板材。
技术介绍
由于锂电池小型且电容量大，因此，作为汽车或移动装置的驱动用电源 被广泛利用。尤其是，由于对组装于手机或笔记本电脑等中的构件，强烈要求其重量轻，因此，在锂离子电池壳体材料中，开始用Al—Mn类的A3003 铝合金板来代替钢板或不锈钢板。将多个工序的拉深及减薄拉深加以组合而成型的方形电池壳体中，Al— Mn类的A3003铝合金，是可以保持具有光泽的美丽的表面状态的同时能够 使壳体薄壁化的原材料。薄壁化与内容积的增加直接相关，是谋求电池特性 的高容量化的重要因素，方形电池壳体是通过激光焊接技术，采用作为纯铝 合金的A1050合金盖材进行封口。但是，反复进行充放电的锂离子电池，其在反应时内部压力上升的同时， 温度也会上升，在该状态下的铝合金板材会发生蠕变变形，其结果，存在着 增加电池壳体厚度的问题，当其厚度变形量大时，有对机器产生影响(故障、 损坏等)之虑。另外，盖材中使用的纯铝合金与A3003合金类相比，其导热性高，从激 光可焊性的观点考虑，有熔透度变浅的倾向，因此是不优选的。为了得到规 定的熔深，也可以提高激光焊接的输出功率，但存在着因输入热量的增加对 电池壳体的内部结构体造成破坏之虑。为了缓和电池内部的压力上升，在电 池壳体盖材中附有使板厚局部变薄(约2(Vm)的防爆功能。近几年来，要求锂离子电池更加高容量化，从而不加大电池壳体的外形 尺寸而使内容积增加成为研究的课题。因此，原材料必需进一步薄壁化，但 薄壁化易引起蠕变变形，所以希望有一种不易引起蠕变变形的电池壳体用铝合金板材。对方形电池壳体用原材料，要求其具有比在饮料罐成型中实施的拉深一 减薄拉深更严格的成型性，在实用上对激光可焊性不会有问题也成为重要的 因素。作为满足这种特性的材料，例如，有人提出了一种铝合金板，该铝合金板含有lo/o 1.5。/o的Mn、 0.3% 0.8%的Mg、0.3% 0.6%的Cu、0.050/。0.25%的Si、 0.2% 0.5%的Fe，其余由Al及不可避免的杂质构成(日本 特许公开2004 — 156138号公报)。另夕卜，考虑到成型性，还提出了含有0.3% 1.5。/。的Mn、 1.0% 1.8%的Fe，其余由Al及不可避免的杂质构成的铝合 金板(日本特许公开2003 — 7260号公报)。如采用上述材料作为电池壳体盖材，从激光可焊性的观点考虑是有利 的，但由于材料强度比纯铝类合金高，难以在成型时赋予防爆性能。另外， 采用含大量Fe、 Mn的合金类时，在铸造时易形成粗大的金属间化合物，若 在赋予防爆性能的成型加工部中存在这种粗大的金属间化合物，则成为龟裂 发生的起点，是不理想的。也有人提出以0.4°/。 0.6%的Mn、 1.15% 1.35%的Fe作为主要成分的 电池壳体用铝合金板(日本特许公开2007—107048号公报)，其虽然显示 优良的防爆性能，但对激光可焊性的具体特性不明，上述提案中的铝合金板 作为锂离子电池壳体盖用材料，均未具备必须满足的特性。
技术实现思路
本专利技术人等对用于提高激光可焊性的铝材料的组成、组织进行了反复试 验、研究的结果发现，基体中的Si单相或Si类金属间化合物的存在，对激 光可焊性有很大影响。探明其原因的结果，确认了这是因为通过Si单相或 Si类金属间化合物的大量分散，可提高激光焊接机中使用的YAG激光的吸 收率，被吸收的光变成热量使材料熔融的缘故。本专利技术是基于上述见解而提出的，其目的在于提供一种具有如纯铝类合 金的加工性与适度的低强度的同时，具有优良的激光可焊性，即使在低输出 功率下也可以得到良好的熔融状态的激光可焊性优良的铝合金板材。本专利技术的上述目的可通过以下方式实现。 (1). 一种激光可焊性优良的铝合金板桐-，其特征在于，由含有0.6% 10%的Si、 0.2。/。以下的Cu、 0.2。/。以下的Mg，其余由Al及不可避免的杂质 构成的铝合金形成，且在基体中2pm 5^im的Si单相及金属间化合物在每 10000(^12存在40个以上。(2) .如(1)所述的激光可焊性优良的铝合金板材，其特征在于，上 述铝合金还含有0.5% 2.0%的Fe。通过含有Fe，可更加提高激光可焊性。(3) .如(1)或(2)所述的激光可焊性优良的铝合金板材，其特征 在于，上述铝合金还含有0.05%以上且低于0.8%的Mn。通过含有Mn，可更加提高激光可焊性。(4) .如(1) (3)中任一项所述的激光可焊性优良的铝合金板材， 其特征在于，上述铝合金还含有0.01% 0.2%的Zr、 0.01% 0.2%的Cr 中的一种或两种。通过该组成，能够使重结晶组织细微化，从而提高成型加 工性，也可以抑制焊接破裂。按照本专利技术，能够提供一种在激光焊接时，用同样的热量输入可以得到 比以往纯铝类合金板材更深的熔深，特别是适于作为锂离子电池壳体盖材的 激光可焊性优良的铝合金板材。具体实施例方式对本专利技术的电池壳体盖用铝合金板中合金成分的意义及其限定理由进 行说明。Si: Si的一部分固溶在基体中，超过固溶限度的部分则形成Si单相或与Fe、 Mn等形成金属间化合物而析出。当这些Si单相或金属间化合物大量分 散在基体中时，如上所述，可提高YAG激光吸收率，焊接时的熔深加大， 从而提高激光可焊性。Si的优选含量为0.6。/。 10y。(质量％，以下相同)的 范围，当Si的含量低于0.6。/。时，熔深不充分，接合强度下降，因此不优选。 当含量大于10%时，铸造时Si单相有时作为100pm以上的结晶体析出，即 使在成品板的状态下也作为15pm以上的析出物来存在，若在赋予防爆功能 的成型加工部中存在这些粗大的析出物，则成为龟裂发生的起点。考虑到成 型性，Si的更优选的含量范围为1.0% 4.0%。Fe: Fe在作为金属间化合物存在的状态下，与Si同样地，具有提高激 光焊接时的熔深的功能。其理由是，当该金属间化合物大量分散在基体中时，激光焊接机中使用的YAG激光的吸收率被提高，吸收的光转变成热量使材料熔融。Fe的优选含量为0.5% 2.0%的范围，当Fe的含量低于0.5%时， 熔深不充分，从而降低接合强度，因此不优选。若含量大于2.0%，铸造时则 形成100,以上的结晶体(金属间化合物)，即使在成型板的状态下也作为 15pm以上的化合物而存在，当在赋予防爆功能的成型加工部中存在这些粗 大的金属间化合物时，则成为龟裂发生的起点。Fe的更优选的含量范围是 0.7% 1.2%。Mm Mn也与Si或Fe结合形成金属间化合物，具有提高激光焊接时的 熔深的功能。当其含量低于0.05%时，其效果不充分，若含量大于0.8%，铸 造时则易形成100pm以上的巨大的Al—Fe—Mn类的金属间化合物，从而使 成型性降低。Cu、 Mg: Cu、 Mg在激光焊接时易蒸发，诱使烟雾的发生，成为焊接不 良的原因。因此，希望将Cu控制在0.2。/。以下、Mg控制在0.2n/。以下。Zr、 Cr: Zr及Cr是对使重结晶组织细微化从而提高成型加工性有效的 元素。另外，也具有抑制焊接破本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光可焊性优良的铝合金板材，其特征在于，由含有０．６％～１０％的Ｓｉ、０．２％以下的Ｃｕ、０．２％以下的Ｍｇ，其余由Ａｌ及不可避免的杂质构成的铝合金形成，且基体中２μｍ～５μｍ的Ｓｉ单相及金属间化合物在每１００００μｍ↑［２］存在４０个以上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田中宏树，坂口信人，小栗良史，熊谷正树，
申请(专利权)人：住友轻金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]