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公司信息:淄博蓝炬蓄电池销售有限公司
所在地:山东省淄博市昌国路111号
服务品牌:火炬牌
产品范围:牵引型、阀控型、富液式铅酸蓄电池以及零配件、充电机。
品牌介绍:
    火炬牌始创于1944年。是我国最早研制生产的铅酸蓄电池品牌。产品先后有十三个系列三十二种规格填补了国内空白,多次荣获国家和部级优秀产品奖。火炬品牌被为“著名商标”和“名牌产品”,并通过泰尔认证ISO体系认证。

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铅酸蓄电池的制造工艺与配方

作者:admin  来源:本站  发表时间:2010/10/26 9:37:55  点击:3657 次

板栅及其合金的制造及其原理  ©

  作者:张继泉 张玉孟

一、板栅的作用:

板栅是极板的骨格,又叫做格子体,它有两种主要作用。一方面它是活性物质的载体,另一方面它起到传导电流和使电流分布均匀的作用。

铅蓄电池的电极活性物质,一般只用硫酸溶液调和,没有经压型、烧结、粘结等:处理,其结构比较疏松,本身不宜受力,不易成形,因之,需要一个载体,来使活性物质能够经受化成、干燥、装配等工序而不分散脱落,此外,还要使经过许多次充放电而维持一定的容量。这就是板栅的第一个作用。

充电时,要从外电源反电流传到活性物质中;放电时,要把活性物质反应产生的电流传递到外电路,板栅就起这样的作用。但如时果电流分布不均匀,就是说活性物质的某些些部分的电流比别的部分的大,那么由于及应反产生的体积的变化,在这些部分也比别的部分大,结果导致活性物质的膨胀甚至脱落。因此,板栅制成有横的和竖的筋条的方形格子,菱形格子或圆形空格。筋条间要有适当的间隔,间隔过宽,空易产生电流分部不均的现象;间隔过窄,则整个板栅重量增加。为了有利于活性物质连结,筋各采取错开形式(如图一),其截面积通常做成椭圆形,菱形、三角形等。

近年来,对动力用电池的正极,采用管式极板,这时活性物质的承载作用,主要由玻璃丝管来承担,板栅作为载体的作用相应地减少了,根据对铅锑合金板栅的研究有人认为,溶介下来而进入正极活性物质中的锑,可能起到有益的作用。因之,板栅的作用也会随着铅蓄电池制造工艺的发展而变化,不是一成不变的。

二、铅锑合金及其予铸

纯铅不适于做板栅材料,这是因为:

(1)纯铅太软,强度很差,受力时易于变形,故不能承受涂板,化成装配等工序操作中的强烈应力作用。

(2)由于强度很差,因此不能承载过大的活性物质重量,除非板栅做的很厚。

(3)难以浇铸成复杂形状的板栅。

(4)长期使用中,在生成的表面腐蚀产物时,体积变化的应力作用下,板栅用纯铅制造时,其筋条会伸长,甚至翘曲。

因此采用铅的合金,主要是铅锑合金,而不用纯铅来制造板栅。

(a)铅锑合金及其性质

表一列举了铅锑合金的一些性质,并与纯铅的相比较,可以看出,铅锑合金有下列优点:

(1)机械强度高;抗张强度及硬度比纯铅高的多,抗张强度和硬度都是机械强度的某一方面的表现。抗张强度是把物体拉断时所需要的力量,以对单位截面积所用的力表示(即每平方厘米的公斤数),抗张强度越大,这个材料抗拒拉断的强度愈强,布氏硬度是把一个钢球在一定压力下,压到材料上,用压痕面积去除负载力,来确定材料的硬度。因之,布氏硬度代表这个材料抗拒外物压入体内的一种强度。含锑量高,搞张强度及硬度的增加还对浇铸板栅,特别是对薄而形状复杂的板栅是有利的。

断裂伸长率是拉断时物体伸长的百分数,伸长率在5%Sb时最大,锑量再高,则减少,伸长率的减少,有利于防止多次充放电后的板栅变形。

(2)浇铸性较好;熔化时流动性比纯铅好。流动性好的一个原因是因为铅锑合金的熔点比纯铅的低,我们知道,固体没有流动性,变成液体才有流动性。液体温度比熔点高的越多,其流动性一般越大。从表一纯铅的熔点是327℃,而一个9% Sb的合金的熔点只有265℃,因之,400℃的液体Pb比熔点高73℃,而400℃的9% Sb液体合金高于熔点,135℃,几乎比纯铅大一倍,显然,合金的流动性比纯铅的大,流动性好,则浇铸时易于浇满铸摸内腔。

(3)铅锑合金的线膨胀系数比纯铅的小些。线膨胀系故是物体温度升高1℃时的伸长与0℃时长度的比值,例如,从表一铅的线膨胀系故长0.0000292,就是说,一个一米长的铅条,升高1℃,变成1.0000292米长。这个数字虽然小,温度升降大时,铅的伸长缩小也就不小了。还有另外一种膨胀系故,叫做体膨胀系故,它是物体温度升高1℃时,体积的膨胀占0℃时价格体积的分数。伸长是往一个方向增长,膨胀是向三个方向都增长所以体膨胀系数大约是线膨胀系数的三倍。

  铅锑合金冷却时收缩,比纯铅少1/3左右。冷却时收缩程度小,这对板栅保持铸模内腔轮廓形状,足有利的。

因之,铅锑合金在面机械性能方面,基本上符合故栅制造的要求。

  但使用铅锑合金也有缺点,如:

(1)  合金的电阻比纯铅的大些。

(2)  耐腐蚀性不如纯铅,而正板板栅腐蚀是使铅蓄电池共初的主要原因,因此,这是用铅锑合金制造板栅的主要缺点。

(3)  锑会从正极板栅溶介下来,引起负极的/自放电。

和它的缺点比较起来,目前铅锑合金优点是主要的缺点是第二位的,然而,为了进一步提高铅蓄电池的性能也不能忽视其缺点,特别是对铅锑合金腐蚀的研究,只有弄清腐蚀的本质,才能更好地掌握它防止它。

(b)铅锑合金的予铸

铅蓄电池板栅所用的铅锑合金,含锑量在5-12%之间。由于铅锑合金的腐蚀问题,目前的趋向是减低含Sb量。通常较薄的板栅,含Sb量较高,约9-10%。例如:2毫米以下的板栅,含Sb量为9%。较厚的板栅,含Sb量低些。例如:3.1毫米的板栅,含Sb量可为6.5%。铅零件含锑量较低,约为3-6%。

(1)通常是预先把铅和锑制成铅锑合金。一种方法是制成高锑合金,约含Sb20%,制造板栅时再添加纯铅到所需的锑含量。另一种方法是直接制成所需含锑量的合金,使用时熔化后即可用。制备合金的流程例示如图二。在熔融步骤,通常先加铅总量的一部分,把合金熔锅的温度控制在350-400℃,然后加入锑,把温度升高到500-550℃,使锑熔化。最后将剩余的铅加入熔锅。要不断搅拌,是混合均匀。

采取这样光加Pb、、加Sb再加Pb的特殊熔化方式,是因为Sb的熔点高(631℃),Pb锑的熔点低(327℃),而合金的完全熔化温度更低(1-11%Sb为320-256℃,见表一)。光加五分之一到一半的Pb,它的熔点是327℃,加温到350-400Pb℃就可使它完全熔化(也可以把上一锅的合金留下一部分,作为引子,熔化温度就更低)。这时再加Sb熔化,最后加余下的Pb时,这时也熔化成合金,因之温度保持在400-450℃就行了。

铅的比重是11.3,锑的比重是6.7,铅重锑轻,因之要搅拌均匀。加Sb时就要不断搅拌,最后加Pb之后,还要搅拌约15分钟,以保证搅匀。

合金的含Sb量,用“凝固点法”测定,测定方法及原理将在后边加以说明。

因为制造板栅时,还要将合金在熔化,所以予铸合金的主要问题是缩短熔化时间。降低熔化温度,以节约燃料及降低烧减※,并尽量使组成均匀。

(2)关于制备合金的铅Pb及Sb原材料纯度的品号规定见表二极表三。但从长期生产实践及科学实验中发现,用粗铅(低品位铅)或二次铅(回收废旧极板熔炼的)制成的合金,其耐腐蚀性能异不比用纯铅制成的合金差。像砷、硫、锡、银、铜等杂质,它们本身就用作铅锑合金的添加剂,以改善铅锑合金的耐腐蚀性能(有时甚至可以改善机械性能,如加锡以改进流动性),因此,通过实践及科学分析,采用粗铅或二次铅来制造板栅合金是完全可行的,对原材料的纯度提出过分的要求,虽然是不十分必要的。

3.板栅的浇铸

在板栅浇铸工序,机械化或半机械化浇铸已相当普遍采用,联动机也在逐步推广。

(a)合金的熔融一一浇铸的温度。

(b)铸模的保温─模温的控制

(C)可以把板栅浇铸时,主要缺陷的产生原因及其防治措施大致总结:

上表只是一般的情况,在生产实践上,不同型号的电池对极板有不同的要求,必须具体问题具体分析。

4.铅锑合金的凝固过程及其原理

板栅的制造过程,实质上是一个铅锑合金的冷却凝固过程,下边将阐述原理,这对一般的合金凝固点有一定的参数意义。

(a)“凝固点法”测定合金的合锑量~步冷曲线。

(i)“凝固点法”是用容积约200ml的带柄铁钳锅,盛去合金液,并插入温度计(0-500℃)。

(ii)步冷曲线可见“凝固点”法实际上就是观察合金液逐步冷却时的温度变化曲线。这种冷却曲线,简称不冷曲线,它的形状与合金的组成有关系。

(b)铅锑合金相图

步冷曲线不能清晰地表现出浓度的关系,这是它的缺点。如果把步冷曲线上析出固体时的温度,对合金液的浓度作图,就克服了这个缺点。这种图叫二元合金相图,如图八。

(C)铅锑合金的平衡冷却晶析过程

上边谈的都是极其缓慢的冷却晶析过程,即平衡冷却晶析过程。

(d)铅锑合金的不平衡冷却晶析过程。

事实上,很少能达成上述的平衡晶析情况,继大多数情况下,冷却不可能很慢,是不平衡晶析过程。平衡是相对的,暂时的有条件的,而不平衡是绝对的,永久的、无条件的。但只有掌握了平衡晶析的情况,才能更好地了解不平衡的过程。

在讨论结晶性高分子的性质时,提到微细体相互联系、相互阻碍,起到相当于交联的作用,使强度与硬度增加。因此,析出的低共熔点致密混合物,也使Pb-Sb合金机械强度增大。正如表一所示,抗张强度与硬度都随含Sb量增加而增长(含Sb量多则低共熔析出多),而在低共熔组成处有极大值。从图十六,还可以看出,在252℃低共熔点析出的α-Pb的组成是A点,含3.5%Sb,在平衡晶析,这个α-Pb相组成在冷却到室温过程中,应当沿AS´S线变化,到100℃时含Sb量减到0.44%,而在不平衡晶析,温度下降快,图相中扩散慢,Sb来不及扩散出去,于是α-Pb图相保持3.5%Sb组成并冷却到室温(如图十六的AK线)。这样,它是一个不稳定的相,Sb要慢慢扩散出来,析出Sb来,时间够了,就析出许多微细Sb晶粒,使强度及硬度进一步增长,这种现象叫做时效硬化。由于是析出微晶所致,又叫析出硬化(或沉淀硬化)。板栅制造后,要放置几天,才能涂膏,就是因为这个缘故。

但放置过久,又产生所谓“变脆”问题。这是因为析出是在晶体界面上(也叫晶间夹层),析出多了,就使合金在看晶界方向比较脆弱,容易脆裂。Pb-Sb合金板栅放置1-3月时,还不要紧,但特别是添加有少数杂质如银等,在晶界上析出,使板栅比较快的很脆了。因此,极板制造后,也不宜放置过久,

过冷度越大,冷却越快,晶核形成速度与晶粒生长速度都和它有关。过冷度不大时,;两个速度都随过冷度增大而增长,但晶核生长速度增长更快,这是因为晶核是“凭空”形成的,而形成的晶核的生长是在晶核表面上析出,表面上有棱角、缺陷,析出容易的多。过冷度大时,两个速度都经历一个最低点而减少,生长速度减到更多,这是由于析出固体后,要扩散过来才能继续析出,过冷度太大,温度过低,扩散太慢,因而速度下降。

虽然过冷度与析出晶粒大小有关系。在过冷度为2时晶析,晶核形成速度较小,而生长速度较大,因之,生成不多的晶核迅速生长,形成比较粗大均匀的晶粒,在过冷度为3时,晶核形成速度与生长速度都比较大,可以得到均匀致密而较细的晶粒,在过冷度为1时,两者的速度都较小,形成粗大晶粒,有时会产生缩孔、气孔,甚至出现裂纹,同时由于晶粒生长很慢,杂质有时间进行聚集,某中于晶界上,引起晶界腐蚀或点蚀。

上边仅仅叙述了冷却晶析的基本原理,在具体的冷却晶析,例如板栅的浇铸,还必须具体分析,不过掌握了基本原理,在处理具体实际时,就比较心中有数了。

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