摘要：鉛酸蓄電池因其原材料豐富和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)而在軍事、民用領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。為了更好地降低能耗,使鉛酸蓄電池的電極薄型化、輕量化,選擇鋁柵板鍍鉛替代目前鉛酸蓄電池中的純鉛板電極,可以有效地降低蓄電池的重量,這就要求鋁柵板上的鉛鍍層必須具有良好的致密性。本試驗(yàn)對(duì)鋁柵板鍍鉛過(guò)程的施鍍時(shí)間,電流密度,鍍液溫度,pH值,預(yù)鍍工藝等影響因素進(jìn)行了研究,探討了改善鉛鍍層致密性的方法。結(jié)果表明:施鍍時(shí)間、電流密度、鍍液溫度和pH值對(duì)鍍層孔隙率的影響較大,在施鍍時(shí)間為30min,電流密度為1.0A/dm2,鍍液溫度為40~50℃,pH值在4.0~6.0之間時(shí),所得鉛鍍層的孔隙率較低。不同的預(yù)鍍工藝對(duì)鍍層孔隙率也有影響,采用浸鋅→水洗→電鍍鎳→水洗→電鍍銅→水洗→電鍍鉛工藝時(shí),鉛鍍層的孔隙率最低。

    關(guān)鍵詞：電鍍鉛;鋁柵板;孔隙率

    中圖分類號(hào)：TG174.44157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

    文章編號(hào)：1673-5862（2010）02-0247-04

    0引言

    鉛酸蓄電池因其電動(dòng)勢(shì)高、內(nèi)阻小、放電性能穩(wěn)定、原材料豐富和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。為了適應(yīng)更高的要求,克服其比能量不高,活性物質(zhì)利用率較低,容量受放電率影響大,充電時(shí)間長(zhǎng),質(zhì)量大等不足,人們正在致力于電極薄型化、微型化、輕量化的新型柵板合金的最優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。電鍍鉛層具有耐腐蝕性能好等特點(diǎn),在電鍍工藝中應(yīng)用十分廣泛。雖然一般認(rèn)為化學(xué)鍍鉛層的孔隙率較電鍍鉛層低,但是電鍍鉛的孔隙率問(wèn)題不是不可以解決的。通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)表明,只要鍍液工藝掌握得當(dāng),電鍍鉛層孔隙率完全可以降低到標(biāo)準(zhǔn)值以下,既孔隙率<5。而且,電鍍鉛具有沉積速度快,工藝溫度低,鍍液穩(wěn)定,成本低廉和工藝重現(xiàn)性好等顯著特點(diǎn)。通常來(lái)講,孔隙主要是由于大量析氫并吸附聚集沒(méi)有及時(shí)排出而產(chǎn)生的,同時(shí)也與基體金屬本身的缺陷等因素有關(guān)。鍍層中孔隙率過(guò)高會(huì)對(duì)鍍層的耐腐蝕性,硬度,抗高溫氧化性等產(chǎn)生很大影響。采用嚴(yán)格的工藝條件,循環(huán)過(guò)濾設(shè)備,確保各種條件符合工藝規(guī)范;嚴(yán)格鍍前處理,保證鍍件光潔;采用恒槽壓法的電源等。其次,鍍層中增加其他成分,如W,Mo,Cr等,這些元素的加入可以減少孔隙率,提高抗蝕性。另外,可采用多鍍層結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)多鍍層結(jié)構(gòu),可以有效地減少孔隙率并從電化學(xué)特性上提高鍍層對(duì)基體的防護(hù)性能。相比之下,第3種方法既多層電鍍是減少鍍層孔隙率的有效途徑,在工業(yè)生產(chǎn)中容易實(shí)現(xiàn)而且效益較好。本文主要研究利用多鍍層結(jié)構(gòu)鍍鉛的鋁柵板來(lái)代替蓄電池中的純鉛極板,使蓄電池更經(jīng)濟(jì)更輕便,因此鋁柵板上鉛鍍層孔隙的多少是檢驗(yàn)鍍層質(zhì)量的重要指標(biāo),直接影響到蓄電池的使用壽命。本試驗(yàn)將對(duì)施鍍時(shí)間,電流密度,鍍液溫度,pH值,預(yù)鍍工藝等影響因素進(jìn)行研究,并探討改善鉛鍍層致密性的方法。

    1實(shí)驗(yàn)方法

    1.1試驗(yàn)材料及規(guī)格

    以68·5mm×44·5mm×0·5mm的純鋁柵板為基體材料。用1200#SiC水磨砂紙打磨,蒸餾水清洗,吹干備用。

    1.2鍍覆工藝

    工藝流程為:鋁柵板→除油→水洗→浸蝕→水洗→浸鋅→水洗→電鍍鎳→水洗→電鍍銅→水洗→電鍍鉛→水洗→吹干。

    1.3電鍍鉛層孔隙率的測(cè)定

    貼濾紙法:試液成分采用腐蝕劑:氯化鈉20g/L;指示劑:鐵氰化鉀10g/L。檢驗(yàn)方法:試樣在鍍后立即檢驗(yàn)。將潔凈濾紙浸入試液,然后將浸潤(rùn)試液的濾紙緊貼在檢測(cè)試樣上,濾紙與試樣間不能有氣泡殘留。濾紙?jiān)阱儗釉嚇颖砻嫔险迟N10min,揭下濾紙,用蒸餾水沖洗,貼于有機(jī)玻璃板上涼干。

    結(jié)果檢驗(yàn)與評(píng)定:在自然光或熒光燈下直接觀察相應(yīng)鍍層試樣的藍(lán)點(diǎn)數(shù)目。根據(jù)濾紙與試樣接觸面積,計(jì)算孔隙率:

    孔隙率=N/S（個(gè)/cm2）

    式中:N為藍(lán)點(diǎn)總數(shù)（個(gè)）,S為被檢驗(yàn)試樣的面積（cm2）。

    藍(lán)點(diǎn)直徑1mm以下每點(diǎn)按1個(gè)孔隙計(jì),1~3mm以內(nèi)按3個(gè)孔隙計(jì),3~5mm以內(nèi)按10個(gè)孔隙計(jì)。

    以3次試驗(yàn)的算術(shù)平均值評(píng)定孔隙率測(cè)定結(jié)果。

    2號(hào)工藝是在1號(hào)工藝基礎(chǔ)上先電鍍鎳,再增加電鍍銅的工藝,最后進(jìn)行電鍍鉛。
 

 2.2施鍍時(shí)間對(duì)鍍層孔隙率的影響

    樣品測(cè)量數(shù)據(jù)與處理:

    由圖1可見(jiàn),工藝中隨著電鍍時(shí)間的延長(zhǎng),鍍層孔隙率先下降較快。當(dāng)施鍍時(shí)間大于25min后,孔隙率下降緩慢。隨著施鍍時(shí)間延長(zhǎng),鍍層厚度不斷增加,孔隙減少,孔隙率降低。但鍍層太厚孔隙率不會(huì)降低太多,反而可能影響鍍層與基體的結(jié)合力。施鍍時(shí)間為30min左右就能獲得孔隙率較低的鍍層。

    2.3電流強(qiáng)度對(duì)鍍層孔隙率的影響

    樣品測(cè)量數(shù)據(jù)與處理:

    由圖2可見(jiàn),在電流強(qiáng)度為0·2~1A的范圍內(nèi),隨著電流強(qiáng)度的不斷增大,鍍層孔隙率呈直線下降,然后緩慢減少,在電流強(qiáng)度為1A時(shí)達(dá)到最低值。在電流強(qiáng)度為1~2A之間,鍍層孔隙率又逐漸增大。當(dāng)電流較小時(shí),沉積速度小,鍍層較薄且鍍層不致密,使鍍層孔隙率大。適當(dāng)增大電流強(qiáng)度有利于提高沉積速度,使鍍層增厚且致密而降低孔隙率;但電流強(qiáng)度過(guò)高晶核成長(zhǎng)速度加快,沉積的晶粒粒度較大,鍍層表面粗糙,造成孔隙率回升。因此,電流強(qiáng)度對(duì)鍍層孔隙率有較大影響,電流強(qiáng)度控制在1A左右比較合適。

2.4鍍液溫度對(duì)鍍層孔隙率的影響

    樣品測(cè)量數(shù)據(jù)與處理:

    由圖3可見(jiàn),鍍層的孔隙率與鍍液溫度有關(guān)。圖中的數(shù)據(jù)說(shuō)明,隨著鍍液溫度的升高鍍層的孔隙率呈下降趨勢(shì),特別是當(dāng)鍍液的溫度升到40~50℃時(shí),鍍層的孔隙率降至最低;當(dāng)溫度超過(guò)50℃以上后,鍍層的孔隙率又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。因此,在電鍍鉛層時(shí),提高鍍液的溫度使沉積速率適中,有利于鉛層的形成,而溫度過(guò)低,使沉積速率過(guò)低,晶核成長(zhǎng)速度過(guò)慢,不利于鉛鍍層的形成,也導(dǎo)致鉛鍍層的孔隙率升高。所以電鍍鉛要獲取好的結(jié)果,應(yīng)對(duì)鍍液溫度下限有所控制,以不低于40℃為宜。即當(dāng)鍍液溫度為40~50℃時(shí),鍍層孔隙率最低。

    2.5pH值對(duì)鍍層孔隙率的影響

    樣品測(cè)量數(shù)據(jù)與處理:

    由圖4可見(jiàn),pH值對(duì)鍍層孔隙率有較大的影響。

    在pH值為2~4之間,鍍層孔隙率降低較快;在pH值為5時(shí),鍍層孔隙率最小;pH值在4~6之間時(shí),鍍層孔隙率變化不大;當(dāng)pH值大于6時(shí),鍍層孔隙率又迅速呈增大趨勢(shì)。pH值較低時(shí),鍍液呈酸性,鍍速較小,也就是沉積速度較慢,雖然結(jié)晶細(xì)致,但有條紋產(chǎn)生,使鍍層孔隙率較高;當(dāng)pH值超過(guò)6時(shí),雖然鍍層光滑,但由于沉積速度過(guò)快,使結(jié)晶開始變粗糙,導(dǎo)致鍍層孔隙率增大。所以,pH值在4~6之間,鍍層孔隙率控制的比較理想。

    2.6預(yù)鍍工藝對(duì)鍍層孔隙率的影響

    采用不同的預(yù)鍍工藝對(duì)鍍層孔隙率的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

    由表6可知:預(yù)鍍工藝對(duì)鍍層孔隙率有較顯著的影響。根據(jù)測(cè)試結(jié)果顯示,1號(hào)工藝所用試樣經(jīng)過(guò)浸鋅后再電鍍鉛,更易施鍍,并減少電鍍盲點(diǎn),從而可以得到孔隙率較低的鍍層。2號(hào)工藝所用試樣在1號(hào)工藝基礎(chǔ)上電鍍鎳,再電鍍銅,最后電鍍鉛,可以促進(jìn)藻團(tuán)和基體之間吸附沉積,使沉積速度適中,電鍍盲點(diǎn)基本為零。

    另外,銅鍍層柔軟,孔隙率低,作為中間層可以提高整體防護(hù)層的結(jié)合強(qiáng)度,降低孔隙率,所以采用2號(hào)工藝獲得的鉛鍍層孔隙率更低。

3結(jié)論

    1）施鍍時(shí)間,電流強(qiáng)度,鍍液溫度,pH值對(duì)鍍層孔隙率的影響較大,在施鍍時(shí)間=30min,電流強(qiáng)度=1.0A,鍍液溫度為40~50℃,pH值在4~6時(shí),所得鍍層的孔隙率較低。

    2）試樣經(jīng)浸鋅后采用電鍍鎳,然后電鍍銅作為中間鍍層,最后采用電鍍鉛工藝時(shí),所得鍍層的孔隙率最低。

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