光伏太阳能铝合金型材的生产工艺控制

光伏太阳能铝合金型材的生产工艺控制 【摘要】 光伏太阳能铝合金型材作为边框对电阳能电池板起支撑作用，对力学性 能、几何尺寸、表面质量、腐蚀性能有极其严格的质量要求。本文从合金成分、 挤压工艺、表面处理、包装各环节进行全面的生产工艺技术介绍。重点着重于现 场生产指导，对理论原理不作表述。 【关键词】光伏太阳能铝型材合金成分、力学性能、几何尺寸、挤压工艺、氧化 膜、封孔质量、覆盖膜质量检测。 一、光伏太阳能铝合金型材的发展前景 当电子、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际 社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”.开发太阳能资源， 寻求经济发展的新动力。 中国对光伏太阳能电池的研究起步于 1958 年，目前，中国已成为全球主要的 光付太阳能电池生产国。2007 年全国太阳能电池/模组产量为 1188MW，2008 年 的产量继续提高,达到 2000MW，2009 年中国太阳能电池/模组制造商的产量较 2008 年倍增，达到 8000MW，2010 年世界光伏太阳能电池/模组的产量将达到 15000MW，其中 80%的产量由中国制造。① 光伏太阳能铝合金型材主要用在光伏太阳能电池板上作为其他边框并起受力 支撑作用。光伏电阳能发电作为可再生、环保能源，在国际市场和国内政策的推 动下，正迎来了发展高峰期,中国已成为世界第一大太阳电池/模组生产国。而铝 合金边框型材,更是占据世界第一供应大国的地位,欧美、日本等国的光伏太阳能 铝合金型材， 基本上都是从中国进口。 按光伏太阳能电池/模组的生产量推算,2009 年一年需用铝合金型材80万吨， 2010年的光伏太阳能铝合金型材产量将达到160 万吨，其中 40%制作成边框直接出口到欧美、日本等国。2010 年全国预测铝合 金型材出口 1700 万吨②，仅光伏太阳能铝合金型材一项就将占到总数的近 1%, 市场前景可想而知。 二、光伏太阳能铝合金型材的生产工艺及质量要求 光伏太阳能铝合金作为光伏太阳能的重要附件因长期暴露在野外，其使用寿 命在 15 年以上，对其表面质量要求严格，特别是耐腐蚀性能的要求更严,型材在 组装时，采用全自动机械化，所以对几何尺寸的要求特别严。目前客户一般采用 GB5237、JISH4100、EN755.2、ENI2020。2、JISH8602 等标准执行。我国 2008 年由江阴东华铝材科技有限公司作为主要起草单位，起草的《铝合金光伏太阳能 型材》国家标准已进入审订阶段,虽然没有颁布实施，但我个人认为，有一些条 款,不妨用来指导我们的生产还是有一定的意义的，本文在下面有些引用，请读 者谅解。 1、质量要求及型材形状 . （1）客户质量要求 A、几何尺寸严格按图纸要求，未注尺寸按国家标准 GB523 或 GB/T6892 超 高精级标准验收。 B、表面光滑不得有模具纹和焊合线、黑线、白线。 C、韦氏硬度 10HW 以上，部分客户要求 14HW 以上。 D、表面喷砂氧化，氧化膜≥15μm，颜色一致，亮度好。 F、表面 A、B、C 面要求不允许划伤、磕碰。 E、贴膜要求尽量减少气泡，贴膜不准偏,不粘膜不脱落。 （2)型材形状,见图 1 2、化学成分的确定 铝合金太阳能型材作为光伏太阳能电池板的边框,起支撑电池板的作用，力学 性能要求比一般的建筑铝合金型材、装饰用铝合金型材、工业铝合金型材的力学 性能要求更严。GB/T6892-2000、GB5237—2008,对 6063 合金、6060 合金的力学 性能规定见表 1。 表 1 型材的室温纵向力学性能 拉伸试验硬度试验 规定非比试样厚维氏硬 韦纸硬 供应壁厚抗拉强度 例伸长应 伸长率度度度 （R m)N/mm 力(Rp 0。2） (A50mm） %状态/㎜ 2 2/㎜HVHWN/mm 不大于 合金 状态 . 6060 6063 6063A 6R63 T5≤3.2 T66≤3 T5所有 T6所有 T66≤10 ≤10 T5 ＞10 ≤10 T6 ＞10 T5③≤3 160 215 160 205 245 200 190 230 220 220 120 160 110 180 200 160 150 190 180 180 8 6 8 8 6 5 5 5 4 8 3 3 0。8 10 10 10 3 58 78 58 73 91 69 78 78 8 12 8 11 14 10 12 12 按照表 1 所列标准的力学性能指标,6060T66、6063T66、6063AT6、6R63T5 几个合金牌号都可满足韦氏硬度 10HW、14HW 的要求。化学成分国家标准见表 2。 表 2 铝及铝合金的化学成分国家标准（质量分数）% 序 牌号 号 其它 A 备 SiFeCuMnMgCr TiREZn单合 l 注 个计 0.30—00。 0.1 0.36—0 0。 0.0。 0。 0。 余 1 60600.1—0.3－－ .6100.6051150515 量 0。0.1 0。 0.45—0 0。 0.0.1 0。 0.1 余LD3 2 60630。35－ 20-0.6010.91010055 量 0 6063 0.30-0.0.15—0。0。 0.10。0。 0.0。 0。 0。 余 3－－ A63510560—0.9 051150515 量 0.30-0.0.1 0。0。0.2 0。0.10-0.2 0。 0.0 0.1 余 4 6R630.20④ 7015 50—0。 7 5150355 量 某公司最先生产铝合金光伏太阳能型材时，一味强调型材的力学性能,化学万 分选择 6063 合金，内挖标准如表 3 表 3 某公司化学成分内控标准（质量分数)％ 其它 A 牌号SiFeCuMnMgCrTiZn单合 l 个计 60630。≤0.2 ≤0.0 ≤0。 0.62-0。 ≤0。 ≤0.0 ≤0.0 0。 0.1 余 A40—0.455808650555055量 按表 3 内挖标准生产出来的型材、韦氏硬度达到 12HW—14HW，但难挤压， 成品率低，阳极氧化后因黑线报废型材达 20%左右,总成品率不到 50％，显然是 不满足生产需要。 . 为了提高成品率,提高单位产量，只有通过改善铸锭的晶粒组织，添加稀土元 素、调整合金元素Si、Mg、Cu 含量），以及选择合理的时效制度四种途径来解 决即要达到客户要求的力学性能，又便于挤压，氧化生产。 对于 6063 合金，合理调整 Si、Mg 元素的质量比例有助于提高材料的综合性 能，Si 元素适当过剩对晶粒细化,改善合金强度有益。实践证明：6063 合金要想 兼顾表面质量、力学性能、挤压性能、合金中降低Fe 的含量，减少合金中含 Fe 相 AlgFe2Si2、 Al2Fe3Si 提高挤压材表面质量。 为使合金易于挤压同等水平的情况 下，降低 Mg 的含量,比降低 Si 的含量更有效，为保证型材的力学性能，使合金 的 Si 过剩≤0.25％,形成较多的单晶 Si,强度要大于强化相 Mg2Si 的硬度. 合金中 Mg 含量过高，挤压表面麻面、白点较多，不利于挤压，Si 含量过高, 型材表面易不规则地出现拖伤，并且一旦模具设计有一丁点缺陷，