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1、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
2、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。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
3、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，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
4、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
5、求14HW以上。D、 表面喷砂氧化，氧化膜颜色一致，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。.llii2）型材形状，见图 1A-.il * h2、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合金状态供应状态壁厚/mm拉伸试验硬度试验抗拉强度 (R )mN/mm2规定非比 例伸
6、长应 力（Rp ）0.2N/mm2伸长率 (A )%50mm试样厚 度/mm维氏硬 度HV韦纸硬 度HW不大于6060T53.216012083588T66W32151606378126063T5所有16011080.8588T6所有2051808107311T6610245200691146063AT5101901505T61022018046R63T53220180837812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
7、分数）%序口万号 牌cu血00cr 1TEJZZA 1备注单个合计n- -O-O3a- -1X aao-63ao aaao aaTX|766-余 - 一- 一6一 -Oo65IX55513O-O2a1X aao-54aaaao aa3LD25), z(-余 -一 一-一6一一-oo9oo5513O匚36O6O-O3a3 a-5 aaao-o6ao a-ao aa-A65o595丄555量nO-O3aaao-o5 a2 aa2 a-o ao ao aa(4-O2-一-余 -7o575IX5355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
8、表 3表 3 某公司化学成分内控标准（质量分数）%牌号SiFeCuMnMgCrTiZn其它Al单个合计60630.40-0.40.20.00.00.62-0.60.00.00.00.00.1余A5588555555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
9、，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，就容易产生黑
10、线。由于光伏太阳能铝合金型材的表面质量要求较严，为了减轻表面处理工序的 压力，同时也为了保证型材的力学性能，在调整合金元素时，适当提高Cu元素 的下限也是必要的。下面是某公司通过反复摸索，较为成熟的生产光伏太阳能铝 合金型材的化学成分内挖标准。表 4 某公司化学成分内控标准（质量分数） %牌 号SiFeCuMnMgCrTiZn其它Al单个合计6060.38-0.40.20. 08-0.100。0.46-0.50.00.00.00.00.1余00010055355量按照表4内挖标准生产的型材韦氏硬度都在10HW12HW之间，符合客户的 一般力学性能要求，且易挤压，黑线明显减少，阳极氧化后表面颜色
11、光亮，成品 率高，综合成品率达到 84%以上。对于客户（例：日本客户）的特殊力学性能要求，韦氏硬度要求14HW以上 的铝合金光伏太阳能型材，对合金元素的调整就要重新考虑了。前面已经讲到添 加稀土元素，改善铸态组织也能提高力学性能。在Al-Mg-Si系合金中加入适当 稀土（在0.18%0.26%范围内最佳），经过细化处理后的铸锭，晶粒细化均匀， 铸态组织得到明显改善，加工性能提高，挤压力降低，挤压速度提高。力学性能 可以提高6%左右，而且有较强的耐腐蚀性能，使铝合金型材更加经久耐用下 面是某公司为生产高强度光伏太阳能铝合金型材的化学成分内控标准。（质量分 数） %。表 5 某公司化学成分内控标准
12、（质量分数） %牌 号SiFeCuMnMgCrTiZnRE其它Al单合个计6R60.40-0.40.20.10. 10-0. 120.600. 10-0.00.00.180.00.1余32000.650. 15530.2055里按表 5化学成分内控标准，铸锭的晶粒度达到一级，挤压型材的韦氏硬度达 到 14HW 以上，挤压成品率达到 84% 以上，氧化成品率达到 98% 以上，退货率 控制在 1%之内。3、熔铸工序生产工艺要求铝锭投炉前必须对炉底进行彻底清理,对于长时间没有清炉（原则上超过1520 炉必须清炉）的炉顶炉壁必须清理干净，严防炉渣因高温熔解在铝液内，生 成 Si2Fe、Si3Fe5 等针状形物资。尽量不要添加外购不明废料,以本厂产生的几何 废料为主，阳极氧化废料的添加量不要超过废料投入量的5%,熔炼温度760C 10C，两次以上排气精炼，静置时间不得超过30min,合金元素添加顺序：Si、Cu、Mg最后稀土细化剂，铸造温度（盘内）690C710C，冷却水压力不得低 于0.8Pma铸锭晶粒度要求一级，铸锭表面质量必须符合YS417变形铝及铝合 金铸锭及其加工产品缺陷的标准。4、挤压工序操作工艺要点挤压生产光伏太阳能铝合金型材，是整个生产工序中最简单的一环，主要
