閥控式鉛酸蓄電池銅芯極柱的研究

1、閥控式鉛酸蓄電池銅芯極柱的研究船電技術(shù)2005年第5期49閥控式鉛酸蓄電池銅芯極柱的研究李維俊黃紅燕呂永堯陳瑞宗(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司712研究所，武漢430064)摘要:本文針對(duì)閥控式鉛酸蓄電池極柱銅芯的松動(dòng)問題進(jìn)行了分析討論，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)銅芯松動(dòng)的原因在于銅芯表面的電鍍鉛錫合金層與柱體澆鑄用的鉛錫合金不能熔合在一起.用熱浸鍍鉛錫合金取代電鍍鉛錫合金，對(duì)熱浸鍍鉛錫合金工藝及端極柱澆鑄工藝進(jìn)行了研究.關(guān)鍵詞:閥控式鉛酸蓄電池；銅芯極柱;鉛錫合金；熱浸鍍中圖分類號(hào)：TM912.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AStudyonCoppeL insertTerminalPostforVRLABatteryLiWeij

2、un,HuangHongyan,LvYongyao,ChenRuizong(WuhanMarineElectricPropulsionResearchInstitute,CSIC,Wuhan43【)()64,China)Abstract:Thefactthatthecoppe卜insertterminalpostforvalve regulatedlead acid(VRLA)bakeryinusebecameflexiblehasbeenanalyzedanddiscussedinthispaper.Thereasonliesinu nablebuttfusionbetweenterne p

3、latingofthecopper-insertsurfaceandlead-tinalloyusedforterminalpost.Th elead tinalloylayerisformedbyadoptinghot- dipplatinginsteadQfelectroplating.Thenewtechnologiesofho t-dipplatingandmanufacturing terminalposthavebeenstudied.Keywords:VRLAbattery;copper-insertterminalpost;lead- tinalloy;hot dipplati

4、ng1引言隨著我國(guó)鐵路交通事業(yè)的快速發(fā)展，鐵路機(jī)車用蓄電池的需求大增.由于技術(shù)日益成熟，閥控式鉛酸蓄電池以其性能穩(wěn)定，安全可靠和價(jià)格優(yōu)勢(shì)逐漸占領(lǐng)了鐵路機(jī)車用蓄電池市場(chǎng).為了蓄電池的美觀以及接線方便和減小連接件之問的電阻，閥控式鉛酸蓄電池由方形接線柱改為圓形銅芯極柱.然而看似簡(jiǎn)單的銅芯極柱，由于最初未引起許多蓄電池生產(chǎn)廠家的足夠重視，結(jié)果閥控式鉛酸蓄電池因銅芯在受到較大扭力矩作用時(shí)出現(xiàn)松動(dòng)而被成批退貨或更換，給蓄電池生產(chǎn)廠家造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失.為此，我廠專門組織了技術(shù)人員對(duì)閥控式鉛酸蓄電池銅芯極柱制造工藝進(jìn)行了研究.2銅芯極柱的改進(jìn)閥控式鉛酸蓄電池的銅芯極柱是由銅芯及用 鉛基合金澆鑄的柱體構(gòu)成

5、，銅邕=鑲嵌在柱體中，見收稿日期：2005 0315圖1.解決銅芯松動(dòng)問題擬采用如下方法：(1)選 擇機(jī)械強(qiáng)度較高的鉛基合金澆鑄柱體；(2)改進(jìn)銅 芯的結(jié)構(gòu)；(3)研究銅芯表面處理的工藝；(4)改 進(jìn)銅芯極柱的澆鑄工藝.2.1銅芯極柱用鉛基合金的篩選澆鑄極柱用的鉛基合金通常為鉛鈣合金，鉛鑲 合金和鉛錫合金.鉛鈣合金若用于澆鑄銅芯極柱， 極柱會(huì)因慢慢腐蝕而出現(xiàn)爬酸變黑，影響電池的外 觀和密封性能.鉛鑲合金用于澆鑄銅芯極柱，則閥 控式鉛酸蓄電池的負(fù)極極柱與匯流排之問出現(xiàn) 嚴(yán)重的腐蝕而斷開，有文獻(xiàn)1-2對(duì)此進(jìn)行過介紹和研 究.雖然鉛鈣合金和鉛錫合金的機(jī)械強(qiáng)度高于鉛錫 合金，但是這兩種合金均不能用于澆

6、鑄閥控式鉛酸 蓄電池的銅芯極柱.鉛錫合金的耐腐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 鉛鑲合金和鉛鈣合金，但鉛錫合金較軟，用于澆鑄 銅芯極柱，銅芯在較大扭力的作用下會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)甚 至轉(zhuǎn)動(dòng)，因此應(yīng)從銅芯的結(jié)構(gòu)和增加銅芯與鉛錫合 金之間的結(jié)合力來解決.船電技術(shù)2005年第5期51除油堿液配方及工藝條件見表1.除油之后，還應(yīng)除去銅芯表面的氧化物，除去銅芯表面氧化物的酸 浸液配方及工藝條件見表2.銅芯酸浸后用稀堿液 (NaOH1.5g/1)進(jìn)行中和，然后用水沖洗干凈，并在真 空干燥箱內(nèi)烘干.表1除油堿液配方及工藝條件組分NaOHNa3PO4水玻璃表2銅芯酸浸液配方及工藝條件在銅芯熱浸鍍前蘸助焊劑是非常必要的，蘸助焊劑可顯著增強(qiáng)銅

7、芯與鉛錫合金之間的結(jié)合強(qiáng)度 .試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無機(jī)助焊劑ZnC12.NH4C1 NH3?H2O溶 液作為銅芯熱浸鍍鉛錫合金的助焊劑效果非常好.ZnC12.NH4C1 NH3?H2O溶液具有微弱的腐蝕作用 可以除去銅芯表面少量的氧化物，反應(yīng)方程式見式 (1).助焊劑還可以增強(qiáng)熱浸鍍用鉛錫合金對(duì)銅芯 表面的浸潤(rùn)能力，銅芯蘸助焊劑后，表面有一層薄 薄的液膜，應(yīng)立即將銅芯慢慢地浸入熔融的鉛錫合 金，這樣能使銅芯與熱浸鍍用鉛錫合金結(jié)合得更牢 固.當(dāng)然，銅芯表面若有液珠，應(yīng)甩干后再用，否 則易造成熔融的鉛錫合金飛濺傷人.4NH3?H20+CuOCu(NH3)4+20H +3H2O2.4銅芯極柱的澆鑄工藝采用恒電

8、位極化法測(cè)試鉛錫合金在比重為1.30g/ml稀硫酸中的腐蝕速度，若將純鉛腐蝕速度 定為100，鉛錫合金的相對(duì)腐蝕速度隨著錫含量的 變化而變化，見圖3.隨著錫含量的增加，鉛錫合 金的相對(duì)腐蝕速度急劇下降，當(dāng)錫含量增加到1.0% 以上時(shí)，再提高鉛錫合金中的錫含量對(duì)合金的耐腐 蝕性影響很小，而生產(chǎn)成本會(huì)因錫含量而增加，因 此將澆鑄銅芯極柱用的鉛錫合金中錫含量控制在1.1%1.2%范圍之間.為了使?jié)茶T銅芯極柱用的鉛錫合金與銅芯表面熱浸鍍的鉛錫合金更好地熔合在一起，將澆鑄極 柱用銅芯合金的溫度控制在 500530C內(nèi),同時(shí)澆 鑄銅芯極柱用的模具及銅芯都應(yīng)加熱到 200C左 右.圖4鉛錫合金中錫含量對(duì)腐蝕的影響按照上述所研究的銅芯極柱澆鑄工藝澆鑄銅芯極柱，裝配成NM 450電池后對(duì)銅芯極柱進(jìn)行扭 力矩測(cè)試及NM 一 450電池起動(dòng)循環(huán)耐久力測(cè)試，并 與改進(jìn)前銅芯極柱進(jìn)行對(duì)比，熱浸鍍法銅芯極柱順 利通過NM 450電池1200次以上起動(dòng)循環(huán)耐久力測(cè)試，而電鍍法銅芯極柱在NM 450電池進(jìn)行起動(dòng) 循環(huán)耐久力測(cè)試中出現(xiàn)熔斷.銅芯極柱扭力矩測(cè)試 結(jié)果見表3.表3銅芯極柱扭力矩測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果表明，采用新工藝澆鑄的銅芯極柱的扭力矩和導(dǎo)電性均有大幅度提高.新研究的銅芯極柱在近幾年鐵路機(jī)車電池上實(shí)際使用中，未出現(xiàn)極 柱腐蝕，極柱熔斷以及銅芯松動(dòng)現(xiàn)象，說