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(中國船舶重工集團公司712研究所，武漢430064)摘要:本文針對閥控式鉛酸蓄電池極柱銅芯的松動問題進行了分析討論，通過試驗發(fā)現(xiàn)銅芯松動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，對熱浸鍍鉛錫合金工藝及端極柱澆鑄工藝進行了研究.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：TM912.1文獻標(biāo)識碼: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引言隨著我國鐵路交通事業(yè)的快速發(fā)展，鐵路機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，安全可靠和價格優(yōu)勢逐漸占領(lǐng)了鐵路機車用蓄電池市場.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出現(xiàn)松動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)濟損失.為此，我廠專門組織了技術(shù)人員對閥控式鉛酸蓄電池銅芯極柱制造工藝進行了研究.2銅芯極柱的改進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.解決銅芯松動問題擬采用如下方法：(1)選 擇機械強度較高的鉛基合金澆鑄柱體；(2)改進銅 芯的結(jié)構(gòu)；(3)研究銅芯表面處理的工藝；(4)改 進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1-2對此進行過介紹和研 究.雖然鉛鈣合金和鉛錫合金的機械強度高于鉛錫 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出現(xiàn)松動甚 至轉(zhuǎn)動，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銅

7、芯與鉛錫合金之間的結(jié)合強度 .試驗發(fā)現(xiàn)，無機助焊劑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).助焊劑還可以增強熱浸鍍用鉛錫合金對銅芯 表面的浸潤能力，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 金的相對腐蝕速度急劇下降，當(dāng)錫含量增加到1.0% 以上時，再提高鉛錫合金中的錫含量對合金的耐腐 蝕性影響很小，而生產(chǎn)成本會因錫含量而增加，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電池后對銅芯極柱進行扭 力矩測試及NM 一 450電池起動循環(huán)耐久力測試，并 與改進前銅芯極柱進行對比，熱浸鍍法銅芯極柱順 利通過NM 450電池1200次以上起動循環(huán)耐久力測試，而電鍍法銅芯極柱在NM 450電池進行起動 循環(huán)耐久力測試中出現(xiàn)熔斷.銅芯極柱扭力矩測試 結(jié)果見表3.表3銅芯極柱扭力矩測試結(jié)果測試結(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車電池上實際使用中，未出現(xiàn)極 柱腐蝕，極柱熔斷以及銅芯松動現(xiàn)象，說