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1、阀控式铅酸蓄电池铜芯极柱的研究船电技术2005年第5期49阀控式铅酸蓄电池铜芯极柱的研究李维俊黄红燕吕永尧陈瑞宗(中国船舶重工集团公司712研究所，武汉430064)摘要:本文针对阀控式铅酸蓄电池极柱铜芯的松动问题进行了分析讨论，通过试验发现铜芯松动的原因在于铜芯表面的电镀铅锡合金层与柱体浇铸用的铅锡合金不能熔合在一起.用热浸镀铅锡合金取代电镀铅锡合金，对热浸镀铅锡合金工艺及端极柱浇铸工艺进行了研究.关键词:阀控式铅酸蓄电池；铜芯极柱;铅锡合金；热浸镀中图分类号：TM912.1文献标识码: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引言随着我国铁路交通事业的快速发展，铁路机车用蓄电池的需求大增.由于技术日益成熟，阀控式铅酸蓄电池以其性能稳定，安全可靠和价格优势逐渐占领了铁路机车用蓄电池市场.为了蓄电池的美观以及接线方便和减小连接件之问的电阻，阀控式铅酸蓄电池由方形接线柱改为圆形铜芯极柱.然而看似简单的铜芯极柱，由于最初未引起许多蓄电池生产厂家的足够重视，结果阀控式铅酸蓄电池因铜芯在受到较大扭力矩作用时出现松动而被成批退货或更换，给蓄电池生产厂家造成了很大的经济损失.为此，我厂专门组织了技术人员对阀控式铅酸蓄电池铜芯极柱制造工艺进行了研究.2铜芯极柱的改进阀控式铅酸蓄电池的铜芯极柱是由铜芯及用 铅基合金浇铸的柱体构成
5、，铜邕=镶嵌在柱体中，见收稿日期：2005 0315图1.解决铜芯松动问题拟采用如下方法：(1)选 择机械强度较高的铅基合金浇铸柱体；(2)改进铜 芯的结构；(3)研究铜芯表面处理的工艺；(4)改 进铜芯极柱的浇铸工艺.2.1铜芯极柱用铅基合金的筛选浇铸极柱用的铅基合金通常为铅钙合金，铅镶 合金和铅锡合金.铅钙合金若用于浇铸铜芯极柱， 极柱会因慢慢腐蚀而出现爬酸变黑，影响电池的外 观和密封性能.铅镶合金用于浇铸铜芯极柱，则阀 控式铅酸蓄电池的负极极柱与汇流排之问出现 严重的腐蚀而断开，有文献1-2对此进行过介绍和研 究.虽然铅钙合金和铅锡合金的机械强度高于铅锡 合金，但是这两种合金均不能用于浇
6、铸阀控式铅酸 蓄电池的铜芯极柱.铅锡合金的耐腐蚀性远远大于 铅镶合金和铅钙合金，但铅锡合金较软，用于浇铸 铜芯极柱，铜芯在较大扭力的作用下会出现松动甚 至转动，因此应从铜芯的结构和增加铜芯与铅锡合 金之间的结合力来解决.船电技术2005年第5期51除油碱液配方及工艺条件见表1.除油之后，还应除去铜芯表面的氧化物，除去铜芯表面氧化物的酸 浸液配方及工艺条件见表2.铜芯酸浸后用稀碱液 (NaOH1.5g/1)进行中和，然后用水冲洗干净，并在真 空干燥箱内烘干.表1除油碱液配方及工艺条件组分NaOHNa3PO4水玻璃表2铜芯酸浸液配方及工艺条件在铜芯热浸镀前蘸助焊剂是非常必要的，蘸助焊剂可显着增强铜
7、芯与铅锡合金之间的结合强度 .试验发现，无机助焊剂ZnC12.NH4C1 NH3?H2O溶 液作为铜芯热浸镀铅锡合金的助焊剂效果非常好.ZnC12.NH4C1 NH3?H2O溶液具有微弱的腐蚀作用 可以除去铜芯表面少量的氧化物，反应方程式见式 (1).助焊剂还可以增强热浸镀用铅锡合金对铜芯 表面的浸润能力，铜芯蘸助焊剂后，表面有一层薄 薄的液膜，应立即将铜芯慢慢地浸入熔融的铅锡合 金，这样能使铜芯与热浸镀用铅锡合金结合得更牢 固.当然，铜芯表面若有液珠，应甩干后再用，否 则易造成熔融的铅锡合金飞溅伤人.4NH3?H20+CuOCu(NH3)4+20H +3H2O2.4铜芯极柱的浇铸工艺采用恒电
8、位极化法测试铅锡合金在比重为1.30g/ml稀硫酸中的腐蚀速度，若将纯铅腐蚀速度 定为100，铅锡合金的相对腐蚀速度随着锡含量的 变化而变化，见图3.随着锡含量的增加，铅锡合 金的相对腐蚀速度急剧下降，当锡含量增加到1.0% 以上时，再提高铅锡合金中的锡含量对合金的耐腐 蚀性影响很小，而生产成本会因锡含量而增加，因 此将浇铸铜芯极柱用的铅锡合金中锡含量控制在1.1%1.2%范围之间.为了使浇铸铜芯极柱用的铅锡合金与铜芯表面热浸镀的铅锡合金更好地熔合在一起，将浇铸极 柱用铜芯合金的温度控制在 500530C内,同时浇 铸铜芯极柱用的模具及铜芯都应加热到 200C左 右.图4铅锡合金中锡含量对腐蚀
9、的影响按照上述所研究的铜芯极柱浇铸工艺浇铸铜芯极柱，装配成NM 450电池后对铜芯极柱进行扭 力矩测试及NM 一 450电池起动循环耐久力测试，并 与改进前铜芯极柱进行对比，热浸镀法铜芯极柱顺 利通过NM 450电池1200次以上起动循环耐久力测试，而电镀法铜芯极柱在NM 450电池进行起动 循环耐久力测试中出现熔断.铜芯极柱扭力矩测试 结果见表3.表3铜芯极柱扭力矩测试结果测试结果表明，采用新工艺浇铸的铜芯极柱的扭力矩和导电性均有大幅度提高.新研究的铜芯极柱在近几年铁路机车电池上实际使用中，未出现极 柱腐蚀，极柱熔断以及铜芯松动现象，说明研究取 得了成功参考文献：I1大前孝夫大角重治高桥克仁等.高温环境下铅辨合金负极基体的腐蚀，蓄电池，1998,1:414452张胜永 悯控式铅酸蓄电池(4).电池,1999,4:180-1813徐品弟柳厚田.铅酸蓄电池基础理论和工艺原理 上海:上海科学技术文献出版社，1996.