蓄電池板柵用合金的基礎(chǔ)知識(shí)

1、蓄電池板柵用合金的基礎(chǔ)知識(shí) 1. 板柵所用金屬的物理化學(xué)性質(zhì) 鉛(Pb)：原子量207.21，密度11.34g/cm3，熔點(diǎn)327.5，沸點(diǎn)1743，鉛的氧化物有PbO、Pb3O4、PbO2。金屬鉛是青灰色，有良好的延展性，在常溫下生成一層氧化膜，失去金屬光澤。鉛的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB469-05規(guī)定有5個(gè)牌號(hào)，高牌號(hào)鉛雜質(zhì)少，用作板柵和磨鉛粉，低牌號(hào)鉛用作產(chǎn)品的零部件。 銻(Sb)：原子量121.76，密度6.684g/cm3，熔點(diǎn)630，沸點(diǎn)1750，銻在空氣中不易氧化，加熱燃燒時(shí)生成SbO、Sb2O3、Sb2O5。金屬銻為銀白色，有光澤，質(zhì)硬而脆。銻的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1599-04規(guī)定有4個(gè)牌號(hào)，一

2、般含銻合金多用2號(hào)銻。 鈣(Ca)：原子量40.08，密度1.54g/cm3，熔點(diǎn)842，沸點(diǎn)1484。鈣為銀白色，主要用于與鋁、銅、鉛制成合金。 其他金屬和元素有錫(Sn)、鋁(Al)、銅(Cu)、鎘(Cd)、砷(As)、硒(Se)、硫(S)等。 2. 鉛銻合金板柵 高銻合金板柵：高銻合金板柵(Sb4%6%)蓄電池是多年來(lái)沿襲下來(lái)的一種生產(chǎn)方式，其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，能承受加工制作過(guò)程中的機(jī)械力，利于電流傳導(dǎo)，與活性物質(zhì)結(jié)合比較好，在硫酸溶液中有一定的耐腐性。它的缺點(diǎn)是電阻比較大，銻易從正極板上溶解遷移到負(fù)極，耗水大，自放電大，此合金板柵在逐步淘汰。 低銻合金板柵(Sb2%)：隨著免維護(hù)蓄電池的發(fā)

3、展，高銻合金板柵已不適應(yīng)產(chǎn)品性能需要。低銻合金板柵在蓄電池上的應(yīng)用更是一項(xiàng)措施，但仍不盡滿意，從產(chǎn)品鑄造、機(jī)械強(qiáng)度以及耐腐蝕方面不夠理想。這種合金析氣量明顯降低，但澆鑄條件很?chē)?yán)，很容易出現(xiàn)熱裂。為了改善這種狀態(tài)，在低銻合金中加入少量其他元素，如錫(Sn)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎘(Cd)、砷(As)等，作為變晶劑，可以改善低銻合金板柵的熱裂、抗腐蝕性差、機(jī)械強(qiáng)度低、板柵成型難等問(wèn)題。 鉛銻鎘合金：隨著電動(dòng)自行車(chē)電池的發(fā)展，該合金板柵得到迅速發(fā)展，其特點(diǎn)是耐腐蝕性好、強(qiáng)度高、深放電壽命長(zhǎng)、不易脫粉等；但此板柵由于有鎘，鎘是毒金屬，現(xiàn)在不提倡使用。配方為：Sb-1.5%2.0%/ Cd-1.21

4、.8%/ Cu-0.08%/ As-0.10%；此合金板柵主要用于電動(dòng)車(chē)電池的正板柵，其負(fù)板柵為鉛鈣合金。 3. 鉛鈣合金板柵 鉛鈣合金板柵：用該板柵制成的蓄電池沒(méi)有酸氣泄露，有良好的密封性，析氣量更小，自放電更低，比低銻合金析氫過(guò)電位高，能使可能析出的氣體得到抑制；這種板柵最大缺點(diǎn)是在板柵和活物質(zhì)界面生成高電阻層，即硫酸鈣，容易引起電池容量早期衰減，所以錫的含量應(yīng)在1%以上。因?yàn)镾n1%可以避免電池的早期容量衰減。 鉛鈣合金板柵配方：正板Ca-0.05%0.08%/ Al-0.02%0.04%/ Sn-1.0%1.5%。負(fù)板：Ca-0.08%0.10%/ Al-0.02%0.04%/ Sn-

5、1.0%1.5%。 4. 添加在鉛合金中的其他金屬元素都有什么作用？ 各種少量元素在鉛合金中起成核劑作用，各種元素在合金液中高度均勻地分散，冷凝時(shí)，比鉛結(jié)晶速度快，形成以各種元素為晶種的結(jié)晶顆粒，鉛圍繞它們進(jìn)行結(jié)晶，晶種多、晶粒形成多，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。這種被細(xì)化了的晶體，無(wú)明顯的晶界層，避免了有銻板柵的裂紋。 作為成核的金屬或非金屬要有利于提高氫的析出過(guò)電位。S、Se能與Pb生成PbS、PbSe，是較好的成核劑。Cu和As可生成CuAs，也是一種很好的成核劑。 Sn可以改善合金表面與活物質(zhì)接合的微觀結(jié)構(gòu)，改善合金液的流動(dòng)性，有利澆鑄，鑄件合格率高；Al是在溶化中形成防氧化膜，減少Ca的

6、燒損和板柵穿透性腐蝕有一定效果。 在板柵中加入As能提高鑄件硬度和耐腐蝕性，還能延緩板柵長(zhǎng)大變形，Ag、Cd的加入能提高鑄件的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度；板柵中加入S、Se能減少合金的脆性及斷裂現(xiàn)象。 以上元素在鉛合金中的加入量為：As為0.01%、Cu為0.1%、S為0.1%、Se為0.05%、Sn為1.01.5%、Cd為1.20.18%、Ag為0.1%。 5. 在低銻合金中加入鎘起什么作用？ 低銻合金板柵在鑄造過(guò)程中易產(chǎn)生裂紋，工藝性差，強(qiáng)度低。這是因?yàn)榘鍠旁跐茶T時(shí)是一種不平衡條件下的快速冷卻，冷卻過(guò)程是先析出Pb相，此相幾乎沒(méi)有銻擴(kuò)散到里面，液相中的銻富集性高。當(dāng)鑄件溫度下降到250時(shí)，銻的一部

7、分晶粒在Pb相的收縮空隙中析出，形成了一種銻的夾層。又因低銻合金中Pb量多，所形成的Pb晶體收縮空隙大，銻又不能充填所有空隙，故此產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象，為避免發(fā)生這種情況，需要在低銻合金中加入一定量的鎘，加入量一般為0.12%0.18%。 6. 脫模劑的作用是什么，怎樣配制脫模劑？ 脫模劑是用軟木粉、硅酸鈉、膨潤(rùn)土和水配制而成。配方為：軟木粉600g/硅酸鈉300ml/膨潤(rùn)土120g/水10L。 脫模劑的作用主要是降低鉛液的熱傳導(dǎo)，當(dāng)鉛液進(jìn)入模腔后所帶熱量不易被鋼模吸收，在瞬間內(nèi)保持良好的流動(dòng)性，易脫模。鉛液在模腔內(nèi)凝固后，由于脫模劑附在模面上，大大降低了鉛在模面上的真空度，易脫模。由于以上兩個(gè)作用，

8、這就使得柵筋外層結(jié)晶形成一個(gè)不光滑的模面，且表面積大。 欲獲得良好的鑄型效果，還要注重脫模劑的噴涂效果，對(duì)薄型板柵(2.0mm以下)要用噴槍噴涂脫模劑10遍，厚型板柵(35mm)噴涂5遍，要把模面筋槽各處縱橫交叉地均勻噴好。 脫模劑的配制方法按配方中材料稱好，先把3L水和膨潤(rùn)土放入機(jī)械攪拌器混合1.5h，再加入全部水、軟木粉和硅酸鈉攪拌5min即可使用。軟木粉細(xì)度需達(dá)到200目，可用球磨法進(jìn)行研磨。有的不用膨潤(rùn)土，只用軟木粉、硅酸鈉和水玻璃共熱煮沸使用。 7. 怎樣鑄造符合質(zhì)量要求的板柵？ 鑄造板柵時(shí)要給板柵模加溫到110130。噴涂模具的關(guān)鍵是均勻、細(xì)致，噴后對(duì)用鉛量較多的筋條和極耳要用專用

9、刮具刮一刮，以減少局部筋條的收縮。通常正板柵比負(fù)板柵厚1.11.3倍。 鉛銻合金鑄板溫度為480520，鉛鈣合金鑄板溫度為420460；鑄造厚型板(35mm)溫度為420460，鑄造薄型板(2.0mm以下)溫度為480520。溫度低合金中的元素會(huì)浮在液面，影響板柵質(zhì)量；鑄板中下角料回鍋次數(shù)一般是23次，反復(fù)回鍋會(huì)影響合金成分。 模具筋條形狀對(duì)鑄型質(zhì)量有很大影響，把傳統(tǒng)三角形、菱形筋條改為邊弧形筋條有利于模具排氣，在較低的鉛液溫度下很好成型。這是因?yàn)檫吇⌒谓顥l鉛液沖入模腔阻力小，鉛液冷卻速度快，結(jié)晶細(xì)致。 綜合上述條件，鑄造符合質(zhì)量要求板柵的條件是脫模劑噴涂、鉛液溫度、模具溫度、合理的筋條結(jié)構(gòu)等

10、四個(gè)基本因素恰到好處，就能順利地鑄造出符合質(zhì)量要求的板柵。 8. 鉛鈣合金板柵的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 鉛鈣合金的優(yōu)點(diǎn)是析氫過(guò)電位比鉛銻合金高約200mV，導(dǎo)電率要高20%，機(jī)械強(qiáng)度也好于鉛銻合金，用在浮充條件下板柵的變形度要好于其他合金。 鉛鈣合金的缺點(diǎn)是鈣易氧化、燒損，用作正板柵其腐蝕生成的PbO2膜中含有CaSO4，成為CaSO4的結(jié)晶核，使PbSO4量增多，導(dǎo)電性和滲透性變差，在和PbO2物質(zhì)結(jié)合處形成鈍化膜使正極充電接受能力變差，尤其對(duì)電池的深放電影響明顯，因此，鉛鈣合金的正板柵不宜在深循環(huán)條件下使用。 9. 板柵在鑄造中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題： 柵筋收縮：收縮的主要部位在極耳和邊框。原因是局部溫度過(guò)高

11、，鉛液沖入模腔后局部冷卻很慢，結(jié)晶粗糙，一折即斷又不耐腐。 解決辦法：調(diào)整模具溫度，局部的脫模劑不宜太厚，要用刀輕輕刮一刮，使表面軟木層變薄，效果比較好。 柵筋鑄不滿：原因是橫腔內(nèi)排氣不暢或排氣道槽設(shè)計(jì)開(kāi)鑿不合理或有梗阻現(xiàn)象。此外，模具合攏松緊不一，也會(huì)產(chǎn)生鉛液斷流，不易鑄滿。 解決辦法：調(diào)整或開(kāi)通氣道，使合金液沖型后，排氣順利，模具合攏力量一致。此外，鉛液溫度和模具溫度控制得當(dāng)，脫模劑噴涂均勻。 板柵發(fā)暗有黑斑：原因是合金來(lái)源不清楚，使用了劣質(zhì)雜鉛或合金配制不良等，鉛液中形成一層粘稠物夾雜在里面，成型后出現(xiàn)黑斑點(diǎn)。 解決辦法：更新合金液，重新配制新的合金。 板柵細(xì)筋：細(xì)筋部位有在水口附近，有在極耳附近，也有在邊框，厚型板柵表現(xiàn)較多。原因是模溫過(guò)高，脫模劑炭化，板柵筋條成型時(shí)冷卻不均勻，冷卻快的部位奪取了冷卻慢的部位鉛，形成局部細(xì)筋。 解決辦法：降低模溫，刷去舊軟木層，重新噴涂。對(duì)粗筋板柵在澆口下出現(xiàn)較普遍，可采取局部加粗筋條的辦法解決。 板柵超重：原因是筋條尺寸不符合設(shè)計(jì)要求，尺寸偏大，用鉛量過(guò)多，重量超標(biāo)。 解決辦法：將磨面用磨床進(jìn)行研磨檢修。 板柵偏輕：原因是筋條尺寸偏