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影响铝栅板上铅镀层孔隙率的因素探究

摘要:铅酸蓄电池因其原材料丰富和价格便宜等优点而在军事、民用领域中广泛应用。为了更好地降低能耗,使铅酸蓄电池的电极薄型化、轻量化,选择铝栅板镀铅替代目前铅酸蓄电池中的纯铅板电极,可以有效地降低蓄电池的重量,这就要求铝栅板上的铅镀层必须具有良好的致密性。本试验对铝栅板镀铅过程的施镀时间,电流密度,镀液温度,pH值,预镀工艺等影响因素进行了研究,探讨了改善铅镀层致密性的方法。结果表明:施镀时间、电流密度、镀液温度和pH值对镀层孔隙率的影响较大,在施镀时间为30min,电流密度为1.0A/dm2,镀液温度为40~50℃,pH值在4.0~6.0之间时,所得铅镀层的孔隙率较低。不同的预镀工艺对镀层孔隙率也有影响,采用浸锌→水洗→电镀镍→水洗→电镀铜→水洗→电镀铅工艺时,铅镀层的孔隙率最低。

关键词:电镀铅;铝栅板;孔隙率

中图分类号:TG174.44157文献标识码:A

文章编号:1673-5862(2010)02-0247-04

0引言

铅酸蓄电池因其电动势高、内阻小、放电性能稳定、原材料丰富和价格便宜等优点而被广泛应用。为了适应更高的要求,克服其比能量不高,活性物质利用率较低,容量受放电率影响大,充电时间长,质量大等不足,人们正在致力于电极薄型化、微型化、轻量化的新型栅板合金的最优化设计研究。电镀铅层具有耐腐蚀性能好等特点,在电镀工艺中应用十分广泛。虽然一般认为化学镀铅层的孔隙率较电镀铅层低,但是电镀铅的孔隙率问题不是不可以解决的。通过多次实验表明,只要镀液工艺掌握得当,电镀铅层孔隙率完全可以降低到标准值以下,既孔隙率<5。而且,电镀铅具有沉积速度快,工艺温度低,镀液稳定,成本低廉和工艺重现性好等显著特点。通常来讲,孔隙主要是由于大量析氢并吸附聚集没有及时排出而产生的,同时也与基体金属本身的缺陷等因素有关。镀层中孔隙率过高会对镀层的耐腐蚀性,硬度,抗高温氧化性等产生很大影响。采用严格的工艺条件,循环过滤设备,确保各种条件符合工艺规范;严格镀前处理,保证镀件光洁;采用恒槽压法的电源等。其次,镀层中增加其他成分,如W,Mo,Cr等,这些元素的加入可以减少孔隙率,提高抗蚀性。另外,可采用多镀层结构。设计多镀层结构,可以有效地减少孔隙率并从电化学特性上提高镀层对基体的防护性能。相比之下,第3种方法既多层电镀是减少镀层孔隙率的有效途径,在工业生产中容易实现而且效益较好。本文主要研究利用多镀层结构镀铅的铝栅板来代替蓄电池中的纯铅极板,使蓄电池更经济更轻便,因此铝栅板上铅镀层孔隙的多少是检验镀层质量的重要指标,直接影响到蓄电池的使用寿命。本试验将对施镀时间,电流密度,镀液温度,pH值,预镀工艺等影响因素进行研究,并探讨改善铅镀层致密性的方法。

1实验方法

1.1试验材料及规格

以68·5mm×44·5mm×0·5mm的纯铝栅板为基体材料。用1200#SiC水磨砂纸打磨,蒸馏水清洗,吹干备用。

1.2镀覆工艺

工艺流程为:铝栅板→除油→水洗→浸蚀→水洗→浸锌→水洗→电镀镍→水洗→电镀铜→水洗→电镀铅→水洗→吹干。

1.3电镀铅层孔隙率的测定

贴滤纸法:试液成分采用腐蚀剂:氯化钠20g/L;指示剂:铁氰化钾10g/L。检验方法:试样在镀后立即检验。将洁净滤纸浸入试液,然后将浸润试液的滤纸紧贴在检测试样上,滤纸与试样间不能有气泡残留。滤纸在镀层试样表面上粘贴10min,揭下滤纸,用蒸馏水冲洗,贴于有机玻璃板上凉干。

结果检验与评定:在自然光或荧光灯下直接观察相应镀层试样的蓝点数目。根据滤纸与试样接触面积,计算孔隙率:

孔隙率=N/S(个/cm2)

式中:N为蓝点总数(个),S为被检验试样的面积(cm2)。

蓝点直径1mm以下每点按1个孔隙计,1~3mm以内按3个孔隙计,3~5mm以内按10个孔隙计。

以3次试验的算术平均值评定孔隙率测定结果。

2号工艺是在1号工艺基础上先电镀镍,再增加电镀铜的工艺,最后进行电镀铅。

2.2施镀时间对镀层孔隙率的影响

样品测量数据与处理:

由图1可见,工艺中随着电镀时间的延长,镀层孔隙率先下降较快。当施镀时间大于25min后,孔隙率下降缓慢。随着施镀时间延长,镀层厚度不断增加,孔隙减少,孔隙率降低。但镀层太厚孔隙率不会降低太多,反而可能影响镀层与基体的结合力。施镀时间为30min左右就能获得孔隙率较低的镀层。

2.3电流强度对镀层孔隙率的影响

样品测量数据与处理:

由图2可见,在电流强度为0·2~1A的范围内,随着电流强度的不断增大,镀层孔隙率呈直线下降,然后缓慢减少,在电流强度为1A时达到最低值。在电流强度为1~2A之间,镀层孔隙率又逐渐增大。当电流较小时,沉积速度小,镀层较薄且镀层不致密,使镀层孔隙率大。适当增大电流强度有利于提高沉积速度,使镀层增厚且致密而降低孔隙率;但电流强度过高晶核成长速度加快,沉积的晶粒粒度较大,镀层表面粗糙,造成孔隙率回升。因此,电流强度对镀层孔隙率有较大影响,电流强度控制在1A左右比较合适。

2.4镀液温度对镀层孔隙率的影响

样品测量数据与处理:

由图3可见,镀层的孔隙率与镀液温度有关。图中的数据说明,随着镀液温度的升高镀层的孔隙率呈下降趋势,特别是当镀液的温度升到40~50℃时,镀层的孔隙率降至最低;当温度超过50℃以上后,镀层的孔隙率又呈现上升趋势。因此,在电镀铅层时,提高镀液的温度使沉积速率适中,有利于铅层的形成,而温度过低,使沉积速率过低,晶核成长速度过慢,不利于铅镀层的形成,也导致铅镀层的孔隙率升高。所以电镀铅要获取好的结果,应对镀液温度下限有所控制,以不低于40℃为宜。即当镀液温度为40~50℃时,镀层孔隙率最低。

2.5pH值对镀层孔隙率的影响

样品测量数据与处理:

由图4可见,pH值对镀层孔隙率有较大的影响。

在pH值为2~4之间,镀层孔隙率降低较快;在pH值为5时,镀层孔隙率最小;pH值在4~6之间时,镀层孔隙率变化不大;当pH值大于6时,镀层孔隙率又迅速呈增大趋势。pH值较低时,镀液呈酸性,镀速较小,也就是沉积速度较慢,虽然结晶细致,但有条纹产生,使镀层孔隙率较高;当pH值超过6时,虽然镀层光滑,但由于沉积速度过快,使结晶开始变粗糙,导致镀层孔隙率增大。所以,pH值在4~6之间,镀层孔隙率控制的比较理想。

2.6预镀工艺对镀层孔隙率的影响

采用不同的预镀工艺对镀层孔隙率的影响试验结果见表6。

由表6可知:预镀工艺对镀层孔隙率有较显著的影响。根据测试结果显示,1号工艺所用试样经过浸锌后再电镀铅,更易施镀,并减少电镀盲点,从而可以得到孔隙率较低的镀层。2号工艺所用试样在1号工艺基础上电镀镍,再电镀铜,最后电镀铅,可以促进藻团和基体之间吸附沉积,使沉积速度适中,电镀盲点基本为零。

另外,铜镀层柔软,孔隙率低,作为中间层可以提高整体防护层的结合强度,降低孔隙率,所以采用2号工艺获得的铅镀层孔隙率更低。

3结论

1)施镀时间,电流强度,镀液温度,pH值对镀层孔隙率的影响较大,在施镀时间=30min,电流强度=1.0A,镀液温度为40~50℃,pH值在4~6时,所得镀层的孔隙率较低。

2)试样经浸锌后采用电镀镍,然后电镀铜作为中间镀层,最后采用电镀铅工艺时,所得镀层的孔隙率最低。

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