铅酸蓄电池板栅制造过程的质量控制

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1、铅酸蓄电池板栅的制造过程同时也是板栅的质量形成的过程，因此，板栅的设计、合金材料的质 量与配比、合金熔化过程的损失、合金的温度、铸造设备及铸模质量、铸模温度、脱模剂的配 制、喷模刮模的方法和程度、合金的冷却速度、板栅厚度的均匀性、剪切方法、检查水平、贮存 方式等都是影响板栅质量的因素，应对这些因素实施有效的控制。 一、板栅设计的影响 板栅的结构设计对铅酸蓄电池的电性能影响很大，如目前汽车用铅酸蓄电池普遍使用的垂直矩型 板栅，其结构外框较粗厚，内部横竖筋条较细薄(其厚度约为外框的1/3 或 2/3) ，并且横竖筋条是 相互垂直沿线性均匀分布。这种结构的板栅不利于电流在极板中的分布，由于横筋和竖筋

2、的截面 积相差不大，不利于电流沿竖筋条向极耳汇流，同时以极耳为中心的相同竖向距离上的电流分布 极不均衡，从而导致竖向等位线上出现较大的欧姆压降，使得极板的内阻增加，损耗电能。由于 这种板栅结构横筋过密，吃膏量不高，因此所制得的正极板的活性物质与板栅的重量比偏低，降 低了蓄电池的比能量。 另外，矩型板栅由于横竖小筋条比边框细，加之在浇铸过程中，由于模具温度均衡性，合金液流 动性及冷却速度等诸原因，可能使得小筋条或局部小筋条更偏细，实际中也难以检查到，因此， 这种小筋条偏细的板栅，在蓄电池使用中易腐蚀断裂，影响产品性能。同时，这种板栅在单面涂 板机上涂板时，压辊易把板栅压成一定程度的微凹形，使得极

3、板两面铅膏涂填厚度不均，底下的 一面依稀可见小筋条，严重时完全露筋，这种极板在使用时由于小筋条裸露在外，受硫酸的腐蚀 速度加快，故耐腐蚀能力下降。同时，由于极板两面铅膏厚度不一，使得蓄电池在充放电过程中 活性物质的膨胀收缩程度不一，易引起极板的弯曲。 因此，板栅结构的设计影响蓄电池的质量。目前，行业上已使用了一些改进型板栅及新型板栅， 如斜筋形板栅、放射形板栅、拉网形板栅等都在汇流效果及板栅电位分布等方面有所提高和改 进。 二、合金材料的质量与配比的控制 在板栅制造时，所使用的合金材料的质量和配比应该符合设计与工艺要求，合金配比若出现错误 将影响到板栅的质量。 1. 合金的质量 购买的母合金或

4、配制的合金中各金属的含量配比是影响板栅铸造质量的重要因素，特别是合金中 的非金属杂质含量的影响，如果合金中含有过量的非金属夹杂，易在合金晶粒间形成夹杂晶界， 这种板栅在浇铸后外观无何异常，但在贮存的“ 时效” 过程中，在板栅筋条的交界处会产生细小的 裂纹。 2. 合金的蒸发与烧损 由于在板栅浇铸时，熔铅锅的温度高达500 600，使得合金中各种金属均产生不同程度的金 属蒸气挥发损失及氧化烧损损失，特别是砷(As)、钙 (Ca) 等金属的蒸发和烧损较为严重。 例如， As 在受热时会燃烧产生砒霜(As4O3) 的白烟，在615时升华生成四原子分子白砒(As4) 的 有毒蒸气。距含As 量为 0.

5、1% 0.2% 的铅锑合金熔锅1m 处的烟雾区内测量，可测得空气中As 的含量为 0.008 0.010mg/m3 ，在铅锅的捞出物(铅渣 )中测量， As4O3 的含量为 0.14% 。 又例如， Ca 的化学性质活泼，极易氧化，在高温的情况下更易氧化和烧损，在板栅的浇铸过程 中，尽管有保护剂和保护措施，但一般情况下的损耗率为10%15% 。在凝固重熔时，其损耗率 可达 25%左右。而配制合金时，耗损率特别大，如果没有得力的保护措施和得当的工艺，甚至可 以使合金中的Ca 丧失殆尽。 由此可见，板栅的浇铸过程中，As 和 Ca 在合金铅锅内的蒸发和烧损是比较大的，同理，也存在 其他金属的蒸发与

6、烧损。由于金属的蒸发与烧损，使得原先配比好的合金组份发生改变而易对板 栅的质量产生影响。另外，由于铅锅温度较高，使得铅和锑也不同程度的受到氧化而形成铅、锑 氧化物，使浮渣增加。一般情况下，铅、锑熔渣损失率在1.0% 2.0% ，烧减损失在0.2% 0.6% 。同时，生成的浮渣会渗杂在液态合金中，在铸件冷却过程中又析出，造成板栅出现白斑。因此，在板栅的浇铸过程中，应对合金铅液中合金的组份实施有效的控制，一般情况下，在铅锅 的熔融合金液面覆盖一层木炭粉、石墨粉或石英粉，用以抑制合金液的蒸发与烧损。 在控制方面还应进行以下工作： a) 在合金投入使用之前，无论是母合金还是配制合金都要化验合金成分，特

7、别是对非金属杂质含 量的测定，确认符合要求后方可投入使用，并有质量记录予以记载。 b) 无锑的铅钙合金，严格防止含锑合金的混入。 c) 要根据工厂的实际生产情况，摸索和总结出合金的蒸发量和烧损量，并准确地定时、适量的补 充，应有补充记录。d) 对浇铸过程中，对捞出的浮渣应进行称量及成分化验，以确定损失的合金状况，并随时根据情 况进行适量的补充。e) 由于铅钙合金的流动性差，不易浇铸，又因熔融时温度高、钙耗大，影响合金的配比，所以要 经常对合金液中的钙含量进行测定，确保钙的配比。 三、合金在浇铸过程中的冷却速度 冷却速度是指液态合金在铸模内的凝固(即结晶 )过程的快慢程度，它是决定形成的板栅合金

8、晶粒 大小和晶粒间夹层厚薄的重要因素。在浇铸过程中，模腔内液态合金凝固的开始，也就是板栅晶 粒形成的开始，晶粒的形成分为两步，首先是先形成晶核，又称为结晶中心，然后晶核长大，生 成晶粒，于是形成固体的合金板栅。当合金温度冷却很快，造成过冷度很大过冷度 G=K(Tm-T)，式中 K 为常数，由合金性质决定；Tm 为合金凝固点温度；T 为合金实际温度 ，这时形成的 结晶中心很多，使得晶体来不及长大，所形成的晶粒就细小、均匀、致密。反之，合金液冷却很 慢，生成的结晶中心较少，而晶体成长的速度较快，因此得到的晶粒就比较粗大，易造成板栅出 现缩孔、气孔及收缩裂纹。同时合金冷却速度慢，使得有害的杂质和易熔

9、杂质有了聚集的时间， 夹在晶粒的边缘，使晶间夹层增厚。由于蓄电池的实际使用过程中，板栅的腐蚀基本上是沿着晶 间夹层的晶粒边界进行的，而且在晶粒之间发生的腐蚀速度比晶体内发生的腐蚀速度大的多。对 于薄的晶间夹层，腐蚀产物易于把晶粒的晶间夹层盖住，如果腐蚀不是多孔的，则腐蚀会变得很 缓慢。对于厚的晶间夹层，腐蚀产物不易把表面与晶间夹层盖住。因此，在电流的作用下，从晶 间夹层开始，腐蚀不断加剧，造成板栅不耐腐蚀。合金液在模腔内的冷却速度是由合金液温度、 模具温度和脱模剂喷层匹配结果所决定的 四、合金温度的控制 合金液的温度是保证合金在模腔内获得最佳冷却速度的一个因素。不同的合金配方，应采用不同 的浇

10、铸温度，合金液温度过高或过低都不能浇铸出良好的板栅。因此，合金液的温度控制是板栅 浇铸过程中一个重要的环节。 1. 浇铸时合金液温度过高产生的问题 a) 在模具温度一定的条件下，合金液温度过高，将使得合金在模腔内冷却凝固的过程较长，铸出 的板栅内部结晶颗粒粗大，晶粒间的夹层厚，使板栅内部结构疏松，严重时将使板栅极耳及边框 出现裂纹、缩孔、筋条成形不均或断裂，而且板栅不耐腐蚀。b) 合金液温度过高时，合金中的金属锑易被氧化，合金组份容易发生变化，浇铸时若冷却不好， 凝固后的板栅会出现“ 白斑” 、“ 麻点” 或板栅发白。 c) 氧化铅、氧化锑浮渣增多，原材料损耗增多。 2. 浇铸时合金液温度过低

11、产生的问题 a) 在模具温度一定的条件下，合金液温度过低将使得合金液在模腔内冷却凝固的过程太短，模腔 内夹杂的空气不能及时地排出，形成气孔，造成板栅多孔腐蚀。 b) 合金液温度过低时，由于合金液冷却太快，降低了合金液的流动性，造成合金充模能力降低， 使得腔内板栅筋条不能全部铸满，出现筋条不均匀或断筋。 c) 合金液温度低时，合金凝固易产生偏析并形成偏析线，在板栅的贮存过程中，由于内应力的作 用，易使板栅产生裂纹。3. 在板栅的浇铸过程中，应严格对合金液温度的控制，具体应进行以下工作： a) 保证合金锅内加热系统的完好，并定期进行检查； b) 温度测控仪保证完好，并定期进行计量校准； c) 定时

12、测记合金液的温度，特别是铸板机浇铸端头的合金液的温度，保证合金液的温度符合要 求； d) 经常对合金锅进行搅拌，保证合金液温度的均衡性。 五、模具温度的控制 要保证合金液在模腔内的最佳冷却速度，不但要选定正确、控制准确的合金液温度，同时也必须 选定和控制好模具的温度，因为，一般合金液从注入模具到凝固成型，在模具内需要停留5 10s，待凝固完全后，才能打开模具，取出板栅。这就需要模具保持一定的温度，才能保证合金 液有一个正常的凝固速度。也就是要保证整个模腔内各处的液态合金的凝固速度均匀一致。 1. 模具温度过低会产生的问题 a) 在正常的合金液温度下，如果模具的温度过低，将使液态合金的凝固速度过

13、快，使得板栅在凝 固过程中，极耳、边框与横、竖筋条凝固速度不一致，易造成厚、薄的交界处收缩程度不一，冷 却后形成裂纹，也易造成内部和外部合金凝固速度不一样，造成收缩和疏松，使板栅耐腐蚀性降 低。 b) 模具温度过低，使得合金液的流动性差，热的合金液还未流到下部就凝固了，使得板栅下部成 型差。 2. 模具温度过高会产生的问题 a) 在正常的合金液温度下，如果模具的温度过高，使得合金液在模腔内的凝固速度过慢，形成的 板栅合金晶粒结构粗大，板栅疏松而不耐腐蚀。 b) 模具温度过高，将使得板栅的冷却速度不均匀，极耳和四边框容易产生裂纹、缺肉。 3. 在板栅的浇铸过程中，对模具温度应进行严格的控制，具体

14、应进行以下工作： a) 模具应配备自控加温装置，否则模具温度很难控制，在许多工厂手工铸板时仅靠合金液的温度 来调整模具温度或有采用木炭火保温或用喷枪喷烧模具内腔，都不是很好的办法，容易造成模具 温度的不均衡。一般情况下，只要在模具的动模板和定模板背面适当位置上增加电加热管(用 8 10kw 加热管 4 根)，并配备相应的温度自动控制装置，就可以实现模具温度的自动控制。 b) 模具温度一般控制在150左右，具体的模具温度要考虑板栅面积的大小、厚度和形状等因 素。 c) 要保证模具温度与合金液温度之间的最佳配合。合金温度高时，模具温度适当低些，反之，合 金液温度低时，模具温度适当高些。 d) 要掌

15、握模具温度的分布及变化状态，并具备监控和测量显示手段，如果模具温度分布差异较 大，则温度低处不易成型，温度高处易出现热裂点。因此必须保证模具温度的均衡性。e) 要制定模具温度的检查方法及温度变化曲线，并定时进行检查，做好记录。 六、喷模、刮模的控制 前面说到在板栅的浇铸时，由于金属模具散热快且板栅的横竖筋条较为细小，很难保证熔融状态 下的合金液充满模腔，另外，合金液直接接触模具将造成脱模困难，因此常采用软木粉悬浮液作 为脱模剂喷涂在模具内腔，起保温、隔热、润滑及调整板栅厚度均匀性的作用。 1. 润滑：使板栅易于脱模。 2. 保温：在铸模内腔表面形成保温层，使模腔内的合金液不易很快散失热量，这样

16、液态的合金在 模腔内就能保持一定时间的流动性，因而在浇铸时液态的合金能充满模具的内腔。 3. 调整合金的冷却速度：形状较为复杂的板栅，耳部、四边框、横竖筋条、模具薄处和厚处的冷 却速度是不一样的。厚的地方冷却慢，板栅容易出现缩孔和疏松结构，薄的地方及厚薄交界处冷 却较快，板栅容易出现细筋的裂纹或断裂等现象。通过喷模脱模剂，调整脱模剂厚度可调整合金 的局部冷却速度，从而防止上述弊病。4. 调整板栅厚度：通过喷模脱模剂，可在模具内腔不同程度地调整沟槽的深浅，因此，脱模剂的 配制与脱模剂的喷涂是板栅浇铸时保证合金冷却速度的重要环节。因此，对脱模剂的配制质量、 脱模剂的喷涂方式及喷层的形成程度应有足够的认识。这方面的主要问题是，配制好的脱模剂以 及喷模时喷层的厚度是否均匀，用仪器是无法检验的。对喷模、刮模的程度，薄部位、厚部位的 程度全凭操作者依实际经验去掌握和处理。由于不同人员的操作水平、判断能力、工作责任心等 均存在差异，这样就使得喷模、刮模的程度不一，从而导致浇铸的板栅易出现偏差和不均衡现 象。因此，对脱模剂的配制及喷模、刮模过程应进行严格的控制，具体应做以