CN103840142B - 镍包铜复合材料的制造方法及其应用、蓄电池、火花塞 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镍包铜材料的制造方法，以及利用该镍包铜材料做电极的蓄电池和火花塞。该方法包括如下步骤：S1、原材料处理：将所述的铜杆和镍管分别进行清洗而去除表面和内壁的氧化层；S2、套管：将铜杆套于镍管内部，镍管与铜杆之间的间隙小于1mm~3mm；S3、缩径：将穿套好的镍包铜杆送入金属线材用轧机，连续轧制5~20道次，每次变形量控制在1%～20%之间；S4、退火：将拉拔好的镍包铜材料放入真空加热炉中，用氩气等保护气体进行防氧化保护，加热至450~600摄氏度进行退火，退火1~3小时，保温1~3小时，得到镍包铜复合材料。通过这种方法制得的电极耐腐蚀性能好，而且不会产生废水而对环境无污染。

Description

镍包铜复合材料的制造方法及其应用、蓄电池、火花塞
技术领域
本发明涉及双金属复合导电材料，尤其涉及镍包铜复合材料的制造方法、由该种镍包铜复合材料构成的蓄电池以及由该材料构成的火花塞。
背景技术
常见的蓄电池通常有铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池、镍镉电池、镍锌蓄电池、锌空气蓄电池等，在一部分蓄电池中，镍材料是主要的电极材料。蓄电池的电极材料需要长期浸泡在电解液（浓硫酸）中，因此必须采用耐腐蚀的金属材料（镍），而镍属于贵金属，价格昂贵。
在现有技术中，镍层通过电镀工艺包覆在铜芯层上，这存在如下问题：1）、由于镀膜过程中，镍层仅仅通过分子附着在铜材表面，因此镀层通常很薄，其防腐性能差，因此不能够在强腐蚀环境下应用；2）、电镀生产过程存在废水排放，污染环境，制造过程不符合环保要求，国家环保部门已明令禁止继续使用。
发明内容
本发明解决的问题是现有的镍包铜复合材料防腐性能差以及制造该材料的方法损耗大和废料多的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种镍包铜复合材料的制造方法，该方法包括如下步骤：S1、原材料处理：将所述的铜杆和镍管分别进行清洗而去除表面和内壁的氧化层；S2、套管：将铜杆套于镍管内部，镍管与铜杆之间的间隙小于1mm~3mm；S3、缩径：将穿套好的镍包铜杆送入金属线材用轧机，连续轧制5~20次，每次变形量控制在1%～20%之间；S4、退火：将拉拔好的镍包铜材料放入真空加热炉中，用保护气体进行防氧化保护，加热至450~600摄氏度进行退火，退火1~3小时，保温1~3小时，得到镍包铜复合材料。
在进一步方案中，所述的铜杆的直径为8mm～18mm，所述的镍管的壁厚为1mm～4mm。
在进一步方案中，所述的铜杆的构成材料为T2紫铜。
在进一步方案中，所述的镍管的构成材料为N6纯度的镍。
在进一步方案中，完成步骤S4后，对所述的镍包铜材料进行表面处理，所述的表面处理是：用模具定径和将线材表面拉光亮。
在进一步方案中，所述退火温度为500~580摄氏度。
在进一步方案中，本发明还公开上述复合材料的应用，所述镍包铜复合材料作为蓄电池的电极。
本发明还公开一种蓄电池，包括壳体、电解液和浸泡在所述的电解液中的正电极、负电极，其特征是：所述正电极或负电极的构成材料是采用前述的制造方法而得到的镍包铜复合材料，所述的镍包铜复合材料中镍层的厚度为0.2～0.8mm。在进一步方案中，所述的镍包铜复合材料中镍层体积所占的比例占复合材料横截面积的20～60%。
本发明火花塞，该火花塞具有中心电极，所述的中心电极的构成材料是镍包铜复合材料，所述的镍包铜复合材料是通过前述任何一种方法制造，所述的镍包铜复合材料中镍层的厚度为0.2～0.8mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明是采用镍管包覆铜管，再采用轧制方法加工镍包铜复合材料，因此可以提高表面镍层的厚度，使其满足蓄电池、火花塞等对耐腐蚀性或耐高温场合的应用需求；而轧制方法加工，可以在缩径的同时进行塑性，最后只需一次退火就可以加工完成，避免了电镀的环境污染问题，而且不需要模具定型，因此避免了贵金属材料的损耗和废料。
2、本发明的蓄电池电极采用镍包铜复合材料制作，由于该发明的材料外表是镍，内部是紫铜，而通过本发明的工艺方法制造的电极，其镍层的厚度和强度都能够得到保证，具有优异的抗腐蚀和导电性能。另外，由于镍是贵金属材料，价值为铜的数倍，电极内部采用铜材料，不但导电性能得到提高，而且可以节省镍材料，降低成本。
3、本发明的火花塞首次采用复合双金属材料制作，外层镍材料可以适应高温工作环境不变形，内层铜材料具有良好的导电性，既保证火花塞的点火间隙一致，又避免导电性不良，火花塞中心电极积碳。
附图说明
图1是本发明蓄电池用复合镍包铜电极及其制造方法的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
本发明的技术人员在研发镍包铜电极过程中发现现有的电镀制造方法将镍电镀于铜上而使得镍层很薄，从而，使得抗腐蚀性能变差，为了解决这个目的，本技术人员通过将镍管裹在铜管的外表面后通过缩径和退火工艺制得镍包铜的双层金属材料，通过该金属材料制得电极。由于铜管表面的镍层是镍管缩径而成，比电镀的镍层更厚，所以，耐腐蚀能力更强，再者，缩径工艺和退火工艺不会像电镀工艺那样产生废水排放，不会污染环境。
对本发明的镍包铜复合材料的制造方法的具体步骤详细说明如下：在本发明中，术语“铜杆”可以解释为铜棒、铜线。
请参阅图1，本发明蓄电池、火花塞用复合镍包铜电极的制造方法包括如下步骤：
S1、原材料处理：将所述的铜杆和镍管分别进行清洗而去除表面和内壁的氧化层；比如，镍管用超声波在50℃清水中进行20~40分钟的清洗，去除镍管中的油污和灰尘；在该步骤中，铜杆的直径为8mm～18mm，铜杆的构成材料为T2紫铜。镍管的壁厚为1mm～4mm厚，根据客户需要的线材规格选用原料尺寸，按照成品中镍层的厚度与每次轧制的变形比例，选取合适的原料尺寸，所述的镍管的构成材料为N6纯度的镍。
S2、套管：将铜杆套于镍管内部，镍管与铜杆之间的间隙小于1mm~3mm；在该步骤中，当间隙小于1mm时，不好套管；当间隙大于3mm时，在后续缩径工艺中，铜杆和镍管的结合不好，该间隙最好为1.5mm~2mm。上述间隙可以为1mm、1.2mm、1.3mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.25mm、2.3mm、2.4mm、2.45mm、2.5mm、2.65mm、2.75mm、2.8mm、2.95mm或者3mm。
S3、缩径：将穿套好的镍包铜杆送入金属线材用轧机，连续轧制5~20次，次数根据原料尺寸和客户要求产品规格确定，每次变形量控制在1%～20%之间；在该步骤中，拉拔次数可以是5道次、6道次、7道次、8道次、10道次、12道次、15道次、16道次、17道次、18道次、19道次或20道次，最好在15～18道次。轧制次数影响到变形量，轧制次数少，变形量大，容易把镍层拉裂开，强度不好，最佳实施例中，轧制次数为16次。具体生产过程中，一般根据客户对材料的使用要求不同，强度不同，对轧制次数进行灵活变更。
S4、退火：将拉拔好的镍包铜材料放入真空加热炉中，用氩气等保护气体进行防氧化保护，加热至450~600摄氏度进行退火、退火1~3小时、保温1~3小时而得到镍包铜复合材料；在该步骤中，退火的温度优选为500~580摄氏度，温度过高，镍包铜材料的形状和尺寸会变化；温度过低，镍包铜材料不能退火均匀，其内部组织无法回复到轧制前的状态；退火1~3小时可以保证退火均匀。
S5、对所述的镍包铜材料进行表面处理，所述的表面处理是：用模具定径和将线材表面拉光亮。
本发明还公开一种蓄电池，该蓄电池包括壳体、电解液、隔板、正电极和负电极。所述正电极或负电极的构成材料是镍包铜复合材料，该材料是采用前述方法制造而得。在本发明中，所述镍层的厚度为0.2～0.8mm，而传统电镀的复合金属材料，其表面镀层一般只能达到0.1～0.2mm。本发明的优选实施例中，所述镍层的横截面积所占的比例占复合材料横截面积的20～60%。
本发明还公开一种火花塞，该火花塞具有中心电极，所述的中心电极的构成材料是通过前述方法制得的镍包铜复合材料，其中，中心电极的镍层的厚度为0.2～0.8mm，在该厚度条件下，能够保证镍层的强度，适应火花塞的高温的工作环境，保证火花塞每次打火间隙保持一致；而内部铜芯具有良好的导电性，因此可以很好的避免火花塞积炭。

Claims (8)

1.镍包铜复合材料的制造方法，其特征是，该方法包括如下步骤：
S1、原材料处理：将铜杆和镍管分别进行清洗而去除表面和内壁的氧化层；
S2、套管：将铜杆套于镍管内部，镍管与铜杆之间的间隙为1mm~3mm；
S3、缩径：将穿套好的镍包铜杆送入金属线材用轧机，连续轧制5~20道次，每次变形量控制在1%～20%之间；
S4、退火：将拉拔好的镍包铜材料放入真空加热炉中，用保护气体进行防氧化保护，加热至450~600摄氏度进行退火，退火1~3小时，保温1~3小时，得到镍包铜复合材料。
2.如权利要求1所述的镍包铜复合材料的制造方法，其特征是：所述的铜杆的直径为8mm～18mm，所述的镍管的壁厚为1mm～4mm。
3.如权利要求1所述的镍包铜复合材料的制造方法，其特征是：所述的铜杆的构成材料为T2紫铜。
4.如权利要求1所述的镍包铜复合材料的制造方法，其特征是：所述的镍管的构成材料为N6纯度的镍。
5.如权利要求1所述的镍包铜复合材料的制造方法，其特征是：完成步骤S4后，对所述的镍包铜材料进行表面处理，所述的表面处理是：用模具定径和将线材表面拉光亮。
6.如权利要求1所述的镍包铜复合材料的制造方法，其特征是：所述退火温度为500~580摄氏度。
7.蓄电池，包括壳体、电解液和浸泡在所述的电解液中的正电极、负电极，其特征是：所述正电极或负电极的构成材料是利用权利要求1至6中任何一项所述的镍包铜复合材料的制造方法所获得的镍包铜复合材料，所述的镍包铜复合材料中镍层的厚度为0.2～0.8mm，所述的镍包铜复合材料中镍层的横截面积占复合材料横截面积的20～60%。
8.火花塞，具有中心电极，其特征是：所述的中心电极的构成材料是利用权利要求1至6中任何一项所述的镍包铜复合材料的制造方法所获得的镍包铜复合材料，所述的镍包铜复合材料中镍层的厚度为0.2～0.8mm。
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