CN102181799A - 二次电池电极压制用压辊及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种二次电池电极压制用压辊及其生产工艺，属于机械制造及化学电源技术领域。本发明采用含有碳、钼、铬、镍、硅、锰、钨、镧系稀土合金和铁的电渣重熔钢锭为原料，先进行成型工艺：加热经水压机锻压成压辊坯型，进行球化热处理，随炉降温冷却，再升温后进行油冷、空冷后精车加工；再进行中频淬火处理5~8小时后在介质中冷却，随后均温到常温；最后进行后加工得到产品二次电池电极压制用压辊。本发明采用了超深淬硬的处理方法，处理深度达到压辊表面以下10~15mm的范围，增加了压辊的硬度，提高了强度，为电极的高精密压制提供了保证，使得到的压辊有硬度高、强度大、高耐磨性的特点，广泛用于各种精密压机，节约了使用成本，提高了产品品质和生产效率。
Description
技术领域
一种二次电池电极压制用压辊及其生产工艺，具体涉及一种硬度高、强度高、耐磨性好的二次电池电极压制用精密压辊，属于机械制造及化学电源技术领域。
背景技术
在镍氢、锂离子等二次电池的制作中，电池正负极片经拉浆涂布后都需要进行滚压，以提高极片的填充密度，并使得其表面更加均匀。因此压制是一个非常关键的环节，压辊是轧机的一个重要部件。既要保证极片压到设计的密度和厚度、极片变型量最小，又要压辊耐磨、有高的强度和硬度，压辊表面变形量小，以保证电极片压制后的均匀性，特别是目前动力电池的正、负极片都在向薄型化方向发展，压制薄型电极对压辊的强度、硬度和耐磨性能要求更高了。目前使用的多数压机的压辊一般都采用碳钢锻件加工成型后经过一次热处理再表面镀镍工艺，这种压辊经过长期的辗压，镀层会逐步脱落，表面也极易磨损，这就造成了极片压制的不均匀性，直接影响到电池的内在质量。同时压辊也特别容易磨损，要经常拆缷磨镀加工，经过几次修磨后压辊也就报废了，不但增加了使用成本，还影响了生产效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有电池极片轧机中轧辊硬度、强度和耐磨方面的不足，提供一种电池极片轧机新的高强度、高耐磨压辊的生产工艺。
本发明的技术方案：一种二次电池电极压制用压辊，所述二次电池电极压制用压辊所含元素如下：
碳0.75%~1.65%；钼0.60%~1.60%；铬0.80%~2.10%；镍0.85%~3.20%；硅0.70%~1.20%；锰0.95%~1.60%；钨2.20%~5.15%；镧系稀土合金0.20%~0.55%；
其余含量为铁，单位为重量百分数。
所述二次电池电极压制用压辊的生产工艺，步骤如下：
（1）成型：选用含有上述合金元素的电渣重熔钢锭加热，加热到1000~1220℃时，经过水压机锻压成压辊坯型，压辊坯型直径300~1000mm；将压辊坯型放入井式炉进行球化热处理，加热升温到700~850℃时充入保护气体；继续加热到700~850℃后停止加热，保温2~5小时，然后随炉降温冷却；达到常温后再经过切削粗车加工、留有精加工余量；再在井式炉里升温到950~650℃后，保温5~15分钟后进行油冷，油冷至600~700℃取出压辊坯型进行空冷处理，当压辊坯型温度降到室温后进行精车加工，留精磨余量；
球化退火热处理可去除应力、改善力学性能、提高塑性、细化金属晶粒。经过这道工艺以后使辊体内部结构细密，消除了细小的孔隙。
（2）中频淬火：利用中频双感应器在1500Hz~6000Hz条件下对压辊坯型进行感应加热，压辊坯型以20~65r/min的速度处理7~15s，当温度达到880~1150℃后进行水冷；重复上述中频淬火操作，处理5~8小时后的取出中频淬火后的压辊，置于冷却介质中冷却0.5~1.5h，冷却至-50~-196℃后取出压辊均温到常温；
（3）后加工：对步骤（2）所得压辊进行精磨加工和表面抛光，最后得到产品二次电池电极压制用压辊；
所述保护气体为丙烷或甲醇；
所述冷却介质为氟利昂、压缩空气、液氮、干冰、酒精或正丙醇。
所述工艺用于镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和动力电池的正、负电极片的压制。
本发明的有益效果：本发明通过中频双感应器进行淬火处理，使淬火深度达到10~15mm，工作层硬度达到HRC66~68。最后对工件进行冷处理，在介质中冷却到-50~-196℃，待温度均匀后后取出均温到常温后再进行最后的精磨加工和表面抛光。经过这种特殊的处理和加工，提高了压辊的硬度、强度和耐磨性，去除了淬火的应力，使金属结构基体组织上产生的均匀、细微而弥散的炭化物析出，显著提高了金属的耐磨损性能，硬度也会增加，直接提高磨损件的寿命，获得良好的综合性能。综合使用寿命比原来普通压辊提高10倍以上。超深淬硬层轧辊，既能保证这种轧辊外层淬火效果，又可兼顾辊芯的强度使用要求，不断辊，无裂痕，减少轧机事故。延长了使用寿命长，减少了磨辊次数，降低了辊耗和使用成本。
附图说明
图1一种二次电池电极压制用压辊结构示意图。
具体实施方式
图1中：1、淬透层，是淬火时在棍体表面淬透的深度；2、辊体，是压辊的辊体；3、轴承档，用于安装轴承的部位；4、固定段，用于安装传动轮的部位。
实施例1
（1）成型：选用含有0.97%钼、1.63%铬、2.15%镍、1. 05%硅、1.50%锰、2.20%钨和镧系稀土合金0.30%，其余为铁的电渣重熔钢锭作为基材，单位为重量百分数，下同；将基材加热到1000~1050℃时，用400T水压机经过锻压最后锻成压辊坯型，压辊坯型直径300mm；将压辊坯型放入井式炉进行球化热处理，加热升温到580℃时充入保护气丙烷。炉温达到730℃时，保温4小时，然后随炉降温冷却。达到常温后，进行粗车切削加工、留有0.5mm的精加工余量。再在井式炉里进行预热处理，升温到950℃时保温5分钟进行油冷，待温度降到650℃取出压辊坯型进行空冷处理，当工件温度降到室温后进行精车加工，留0.1mm的精磨余量。
（2）中频淬火：利用中频双感应器在1500Hz条件下对压辊坯型进行感应加热，压辊坯型以25r/min的速度处理15s，当温度达到930℃后进行水冷；重复上述中频淬火操作，处理8小时后的取出中频淬火后的压辊，置于介质中冷却0.5h，冷却至-70℃后取出压辊均温到常温；
（3）后加工：对步骤（2）所得压辊进行精磨加工和表面抛光，最后得到产品二次电池电极压制用压辊；压辊结构如图1所示，将压辊检验入库。
实施例2
（1）成型：选用含有碳0.75%、钼0.60%、铬0.80%、镍0.85%、硅0.70%、
锰0.95%、钨3.5%、镧系稀土合金0.20%，其余含量为铁的电渣重熔钢锭作为原料。将上述电渣重熔钢锭加热，加热到1100~1220℃时，经过水压机锻压成压辊坯型，压辊坯型直径800mm；将压辊坯型放入井式炉进行球化热处理，加热升温到580℃时充入保护气体甲醇；继续加热到700℃后停止加热，保温5小时，然后随炉降温冷却；达到常温后再经过切削粗车加工、留有精加工余量0.3mm；再在井式炉里升温到650℃后，保温15分钟后进行油冷，油冷至600℃取出压辊坯型进行空冷处理，当压辊坯型温度降到室温后进行精车加工，留精磨余量0.1mm；
（2）中频淬火：利用中频双感应器在3000Hz条件下对压辊坯型进行感应加热，压辊坯型以40r/min的速度处理10s，当温度达到880℃后进行水冷；重复上述中频淬火操作，处理7小时后的取出中频淬火后的压辊，置于介质中冷却1h，冷却至-100℃后取出压辊均温到常温；
（3）后加工：对步骤（2）所得压辊进行精磨加工和表面抛光，最后得到产品二次电池电极压制用压辊；将压辊检验入库。
实施例3
（1）成型：选用含有碳1.65%、钼1.60%、铬2.10%、镍3.20%、硅1.20%、
锰1.60%、钨5.05%、镧系稀土合金0.55%，其余含量为铁的电渣重熔钢锭作为原料。将上述电渣重熔钢锭加热，加热到1000~1220℃时，经过水压机锻压成压辊坯型，压辊坯型直径1000mm；将压辊坯型放入井式炉进行球化热处理，加热升温到580℃时充入保护气体甲醇；继续加热到800℃后停止加热，保温2小时，然后随炉降温冷却；达到常温后再经过切削粗车加工、留有精加工余量0.3mm；再在井式炉里升温到950℃后，保温5分钟后进行油冷，油冷至700℃取出压辊坯型进行空冷处理，当压辊坯型温度降到室温后进行精车加工，留精磨余量0.1mm；
（2）中频淬火：利用中频双感应器在6000Hz条件下对压辊坯型进行感应加热，压辊坯型以65r/min的速度处理7s，当温度达到1150℃后进行水冷；重复上述中频淬火操作，处理5小时后的取出中频淬火后的压辊，置于介质中冷却1.5h，冷却至-50℃后取出压辊均温到常温；
（3）后加工：对步骤（2）所得压辊进行精磨加工和表面抛光，最后得到产品二次电池电极压制用压辊；将压辊检验入库。
Claims (3)
1.一种二次电池电极压制用压辊，其特征在于所述二次电池电极压制用压辊所含元素如下：
碳0.75%~1.65%；
钼0.60%~1.60%；
铬0.80%~2.10%；
镍0.85%~3.20%；
硅0.70%~1.20%；
锰0.95%~1.60%；
钨2.20%~5.15%；
镧系稀土合金0.20%~0.55%；
其余含量为铁，单位为重量百分数。
2.生产权利要求1所述二次电池电极压制用压辊的工艺，其特征在于，
（1）成型：选用含有上述合金元素的电渣重熔钢锭加热，加热到1000~1220℃时，经过水压机锻压成压辊坯型，压辊坯型直径300~1000mm；将压辊坯型放入井式炉进行球化热处理，加热升温到700~850℃时充入保护气体；继续加热到700~850℃后停止加热，保温2~5小时，然后随炉降温冷却；达到常温后再经过切削粗车加工、留有精加工余量；再在井式炉里升温到650~950℃后，保温5~15分钟后进行油冷，油冷至600~700℃取出压辊坯型进行空冷处理，当压辊坯型温度降到室温后进行精车加工，留精磨余量；
（2）中频淬火：利用中频双感应器在1500Hz~6000Hz条件下对压辊坯型进行感应加热，压辊坯型以20~65r/min的速度处理7~15s，当温度达到880~1150℃后进行水冷；重复上述中频淬火操作，处理5~8小时后的取出中频淬火后的压辊，置于介质中冷却0.5~1.5h，冷却至-50~-196℃，取出压辊均温到常温；
（3）后加工：对步骤（2）所得压辊进行精磨加工和表面抛光，最后得到产品二次电池电极压制用压辊；
所述保护气体为丙烷或甲醇；
所述冷却介质为氟利昂、压缩空气、液氮、干冰、酒精或正丙醇中的一种。
3.根据权利要求2所述二次电池电极压制用压辊的工艺，其特征在于所述工艺用于镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和动力电池的正、负电极片的压制。
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