CN103628115B - 一种铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的方法，利用碱液处理在铅栅板表面形成化学转化膜层，并将碱液处理后的铅栅板置于含铝酸钠的电解液中，铝酸钠水解形成的胶团会吸附在化学转化膜层的表面，形成完整的阻挡层。微弧氧化过程中在铅板栅表面产生微等离子体放电，使铅栅板表面处于微等离子体的高温高压的作用下而发生复杂的物理化学变化，在铅栅板基体表面生长具有较好耐蚀性能的陶瓷涂层；经过测试，本发明可以得到的三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层厚度为3μm～40μm，粗糙度Ra为1μm～5μm。三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层与基体即铅板栅结合良好，拉伸强度≥30MPa，剪切强度为15MPa～25MPa。

Description

一种铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的方法
技术领域
本发明属于铅酸电池中铅板栅的保护处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种在铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的方法。
背景技术
铅酸电池因其价格低廉、原料易得、性能可靠和适于大电流放电等特点，成为目前世界上广泛应用的蓄电池品种之一。
但铅作为重金属，除了成本外，它还存在着一定的毒性，对环境和人体都有不同程度的危害。且铅酸电池寿命较短，废旧的铅酸电池对环境产生较大的污染。所以延长铅酸电池的寿命，不仅可以降低运行成本，还是环保的需要，也是拓展铅酸蓄电池的应用领域所面临的一个重要问题。
造成铅酸电池失效的原因很多，铅酸电池的铅板栅被腐蚀，尤其是正极铅板栅被腐蚀是造成铅酸电池失效的一种常见原因。铅酸电池在使用过程中正极铅板栅因阳极极化而产生的严重的晶间腐蚀，严重的晶间腐蚀会导致正极铅板栅的变形和伸长，从而减小了铅板栅与活性物质的接触面积，使铅酸电池的电容量下降和铅酸电池使用寿命的缩短，最终导致铅酸电池的过早失效。所以需要在铅酸电池的铅板栅表面形成保护层，延缓铅酸电池中铅板栅的腐蚀，延长铅酸电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的方法，以延缓铅酸电池中的铅板栅表面的晶间腐蚀，避免铅板栅因严重的晶间腐蚀而导致的铅酸电池的过早失效，延长铅酸电池使用寿命。
为实现以上目的，本发明铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、将用于铅酸电池的铅栅板的表面用砂纸打磨除去氧化皮，然后用蒸馏水冲洗；
（2）、将10～80g/L氢氧化钠或氢氧化钾溶于蒸馏水中配制成溶液；
（3）、将步骤（1）中处理后的铅栅板置于步骤（2）配制的溶液中，利用水浴加热到30℃～100℃，处理时间为0.5h～24h，在铅栅板表面制备出化学转化膜层；
（4）、按铝酸钠浓度为3g/L～30g/L和添加剂浓度为0.5～10g/L称取铝酸钠和添加剂，溶于蒸馏水中配置成电解液；
（5）、将经步骤（3）处理的铅栅板置于装有步骤（4）配制电解液的不锈钢槽体中，以铅栅板做阳极、不锈钢槽体为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，进行微弧氧化处理10min-60min，即可在铅栅板表面原位生长出三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层。
其中，所述铅栅板为铅锑合金，锑的质量分数为0.5-6%；或铅钙合金，钙的质量分数为0.06%-0.10%。
所述添加剂为磷酸二氢钠、多聚磷酸钠、高锰酸钾、硅酸钠中的一种或其中几种的组合；
本发明的目的是这样实现的：
微弧氧化技术是一种在阀金属及其合金表面原位生长陶瓷层的技术。微弧氧化过程中，将Al，Mg，Ti等阀金属样品放入电解液中，通电后在金属表面会立即生成很薄的一层阻挡层，形成完整的绝缘膜是进行微弧氧化处理的必要条件。铅合金在微弧氧化过程中往往很难生成完整的阻挡层。在本发明中，利用碱液处理在铅栅板表面形成化学转化膜层，并将碱液处理后的铅栅板置于含铝酸钠的电解液中，铝酸钠水解形成的胶团会吸附在化学转化膜层的表面，形成完整的阻挡层。
微弧氧化过程中在铅板栅表面产生微等离子体放电，使铅栅板表面处于微等离子体的高温高压的作用下而发生复杂的物理化学变化，在铅栅板基体表面生长具有较好耐蚀性能的陶瓷涂层；且微弧氧化放电击穿是一个瞬间的高温高压过程对基体本体固有的结构和力学性能几乎没有影响。涂层的厚度、相组成可以通过调整工艺参数（电参数、电解质等）在较宽的范围内可控。本发明设备简单、操作方便，经济高效，生产过程中无需气氛保护或真空条件，制备过程无环境污染性废液及废气的排放是一种绿色环保型制备方法。经过测试，本发明可以得到的三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层厚度为3μm～40μm，粗糙度Ra为1μm～5μm。三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层与基体即铅板栅结合良好，拉伸强度≥30MPa，剪切强度为15MPa～25MPa。
附图说明
图1是实施例1中铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的表面形貌图；
图2是实施例1中铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的截面形貌图；
图3是实施例1中铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的表面能谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例1
在本实施例中，本发明铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的方法包括以下步骤：
（1）、将用于铅酸电池的铅栅板的表面用砂纸打磨除去氧化皮，然后用蒸馏水冲洗；（2）、将50/L氢氧化钠溶于蒸馏水中配制成溶液；（3）将步骤（1）中处理后的铅栅板置于步骤（2）配制的溶液中，利用水浴加热到80℃，处理时间为5h，在铅栅板表面制备出化学转化膜层；（4）、按铝酸钠浓度为10g/L和添加剂浓度为3g/L称取铝酸钠和磷酸二氢钠，溶于蒸馏水中配置成电解液；（5）、将经步骤（3）处理的铅栅板置于装有步骤（4）配制电解液的不锈钢槽体中，以铅栅板做阳极、不锈钢槽体为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，进行微弧氧化处理，即可在铅栅板表面原位生长出三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层。
在本实施例中，所述微弧氧化处理为在脉冲电压为250V～500V、频率为50Hz～2000Hz、占空比为10%～45%、电解液温度为20℃～40℃的条件下氧化10min～60min，即可在铅合金表面制备含三氧化铝和氧化铅的陶瓷涂层。
在本实施例中，脉冲电压为300V、频率为500Hz、占空比为25%、电解液温度为30℃的条件下微弧氧化30min，即在铅栅板表面原位生长出三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层.
图1是实施例1中铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的表面形貌图。由图1可知三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层表面呈现出多孔的表面形貌，这种结构有利于活性物质在表面的附着。
图2是实施例1中铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的截面形貌图。由图2可知三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层与铅板栅间没有明显的裂纹和缺陷存在，三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层与铅板栅结合良好。
图3是实施例1中铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的表面能谱图。由图2的涂层表面能谱分析结果可知，表面生成了三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层。
三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层厚度、表面粗糙度随着微弧氧化时间逐渐增加，微弧氧化时间在10min～60min为宜。
在具体实施过程中，铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层可采用不同的条件进行制备，具体如表1所示。
表1
经测试，上述条件下，采用微弧氧化处理为在脉冲电压为250V～500V、频率为50Hz～2000Hz、占空比为10%～45%、电解液温度为20℃～40℃的条件下氧化10min～60min，即可在铅合金表面制备含三氧化铝和氧化铅的陶瓷涂层。只是电解液的浓度以及氧化时间对三氧化铝涂层有一定的影响。铅板栅表面原位生长的三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层厚度为3μm～40μm，粗糙度Ra为1μm～5μm。三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层与基体即铅板栅结合良好，拉伸强度≥30MPa，剪切强度为15MPa～25MPa。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种铅板栅表面原位生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、将用于铅酸电池的栅板的表面用砂纸打磨除去氧化皮，然后用蒸馏水冲洗；
（2）、将10～80g/L氢氧化钠或氢氧化钾溶于蒸馏水中配制成溶液；
（3）、将步骤（1）中处理后的铅栅板置于步骤（2）配制的溶液中，利用水浴加热到30℃～100℃，处理时间为0.5h～24h，在铅栅板表面制备出化学转化膜层；
（4）、按铝酸钠浓度为3g/L～30g/L和添加剂浓度为0.5～10g/L称取铝酸钠和添加剂，溶于蒸馏水中配置成电液；
（5）、将经步骤（3）处理的铅栅板置于装有步骤（4）配制电解液的不锈钢槽体中，以铅栅板做阳极、不锈钢槽体为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，进行微弧氧化处理10min-60min，即可在铅栅板表面原位生长出三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的方法，其特征在于，所述铅栅板为铅锑合金，锑的质量分数为0.5-6%；或铅钙合金，钙的质量分数为0.06%-0.10%。
3.根据权利要求1所述生长三氧化铝和氧化铅陶瓷涂层的方法，其特征在于，所述添加剂为磷酸二氢钠、多聚磷酸钠、高锰酸钾、硅酸钠中的一种或其中几种的组合。
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