CN105537312A - 一种铜铅复合板带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜铅复合板带及其制备方法，属于金属复合材料加工技术领域。本发明的铜铅复合板带的制备方法包括如下步骤：将铜带表面预镀铅镀层，得到预处理铜带，将铅液与预处理铜带的下表面接触，同时向铅液和预处理铜带上施加压力，冷却，使铅液在压力和冷却的双重作用下结晶形成铅层，然后轧制，即得。本发明的铜铅复合板带的制备方法通过在铜带表面制备一种特制的中间过渡层铅镀层，解决了铜和铅在复合过程中由于铜铅两种金属熔点相差大及金属表面氧化引起的界面结合强度差的问题。由于铜铅界面的结合良好，还大大降低了铜铅复合板带的内阻，有利于降低电池的内阻。

Description

一种铜铅复合板带及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铜铅复合板带及其制备方法，属于金属复合材料加工技术领域。

背景技术

铅酸蓄电池在国防领域和车辆制造领域有着广泛的应用，随着电动车辆的迅速发展，对铅酸蓄电池的应用也提出了越来越高的要求。铅极板是铅酸蓄电池中的关键组件，对铅酸蓄电池的性能有着重要影响。传统的铅极板存在诸多缺点：铅密度大，造成铅极板的重量较大，大大降低了铅酸蓄电池的能量密度，对电池能量密度要求较高的电动车辆来说影响非常大；铅的导电性差，铅和铅合金的导电性均较差，会造成电池的内阻增加，降低电池的放电电流，也降低了电池的能量转化效率；另外，传统的铅极板很容易变形且易被腐蚀，影响电池极板的表面的电流效率，并降低了电池的使用寿命，加上传统的铅极板的活性物质利用率非常低，严重影响了铅酸蓄电池在国防领域和车辆制造领域的应用前景。

为了克服上述缺陷，提高铅极板的性能，现有技术中采用复合铅极板来替代传统的铅极板。铜铅复合板带是一种以铜材为基体、铅材料为覆层的双金属复合材料，其中铜材是良好的导电导热材料，铅材料具有良好的耐腐蚀、耐辐射能力。铜铅复合板带材料集中了铜材和铅材的优势，是一种新型的复合材料，可以用来作为铅酸蓄电池板栅材料。铜铅复合板带上的铅或者铅合金作为电池活性材料，铜材料作为支撑材料和导电材料，可以提高极板的强度，还可以有效减小电池内阻，提高电池的电流密度，减少电池产生的发热，提高电池的寿命，同时铜材的密度远低于铅材料的密度可以有效提升铅酸电池的能量密度。

铜铅复合材料的制备方法有多种，如爆炸复合、铸造、热浸镀、焊接、冷轧制、热压、电镀等。由于铅材料的密度大、强度低，导致爆炸复合法等方法制备铜铅复合材料时工艺控制难度大，成品率低，成品表面质量差等。

公开号为CN101092709A的中国发明专利(公开日为2007年12月26日)公开了一种铅铜复合板及其生产方法，其生产方法包括铸造、热浸镀、焊接、冷轧制、热压、电镀等，其制得的铅铜复合板可以用来作电解工艺中的惰性阳极，槽电压比铅合金阳极板的电压有所降低。

但是，上述方法中，冷轧制、热压、焊接方法得到的铜铅复合板在经过后续加工时，很容易分层，在用作电池电极板时会导致接触电阻增大；电镀方法对于铅厚度较大的铜铅复合板的制备并不适用；铸造和热浸镀方法制得的铜铅复合板由于铜铅两种金属的熔点相差非常大，其结合面的结合强度较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种界面结合强度大的铜铅复合板带的制备方法。本发明的目的还在于提供一种上述方法制得的铜铅复合板带。

为了实现以上目的，本发明的铜铅复合板带的制备方法的技术方案如下：

一种铜铅复合板带的制备方法，包括如下步骤：

将铜带表面预镀铅镀层，得到预处理铜带，将铅液与预处理铜带的下表面接触，向预处理铜带上表面施加压力，冷却，使铅液在压力和冷却的双重作用下结晶形成铅层，然后轧制，即得。

本发明的铜铅复合板带的制备方法制得的铜铅复合板带采用铜带与铅覆层材料复合，铜铅复合板带既能发挥铅材料优良的防腐蚀性能又能发挥铜材良好的导电性能，解决在电池内部与腐蚀性强的酸性溶液接触产生的腐蚀和导电问题。该方法通过在铜带表面制备一种特制的中间过渡层铅镀层，解决了铜和铅在复合过程中由于铜铅两种金属熔点相差大及金属表面氧化引起的界面结合强度差的问题。由于铜铅界面的结合良好，还大大降低了铜铅复合板带的内阻，有利于降低电池的内阻。

所述铜带为铜或者铜合金或铜铝复合板带。所述铜铝复合板带包括铜层和铝层，所述铅液在铜层表面结晶并最终制成包含铝层、铜层、铅层的铜铅复合板带，该铜铅复合板带不但综合了铜和铅的优势，还能利用铝的密度小的特点，大大降低极板的整体密度，大幅提高了电池的能量密度。所述铜带优选纯铜或者无氧铜。进一步优选为牌号为TU2的二号无氧铜，状态为特软态，状态代号为M。

为了防止铜带在复合过程中在其表面形成一层氧化层而影响铜铅的结合界面的结合强度，所述铜带在预镀前进行防氧化处理，所述防氧化处理的步骤为：将铜材表面进行打磨，然后涂抹防氧化剂，所述防氧化剂包括松香、氯化铵的水溶液和氯化锌的水溶液。

所述铅镀层为铅或者铅合金，所述铅合金为铅锡合金。所述预镀的方式为热挂铅。

为了进一步提高铜铅界面的结合强度，所述铅液为半固态铅液，半固态浆料与铜带的温差较小，铅液更容易与铜带达到热平衡，更容易在二者之间形成固溶体，提高界面结合强度。

所述铅液为铅或者铅合金加热熔化后并加热到300-500℃的温度，静置，去除表面氧化膜。所述铅优选为一号铅，所述铅合金优选为铅锡合金。静置的目的是为了清除铅液表面的氧化皮，同时稳定温度。

所述结晶是在结晶器中进行。所述结晶器为辊式结晶器，包括用来盛放铅液的前箱以及结晶冷却和轧制的轧辊。

所述结晶的同时向铜带施加2-500MPa压力。该压力是通过辊式结晶器施加到铜带表面上。

轧制的道次加工率可以视所制备的铜铅复合板带的厚度来定，一般的，所述轧制的道次加工率为10％-40％。

为了避免轧制速度过快导致的铜铅复合板带结合强度下降，同时避免轧制速度过慢导致的效率低下，一般轧制速率为0.3-1.0m/s。

所述铅层的厚度为铜铅复合板带厚度的10％-50％。

所述浇铸前先增加结晶器中铅液的量，提升结晶器中铅液的液面。

本发明的铜铅复合板带的技术方案如下：

一种铜铅复合板带，采用上述的制备方法制得。

本发明的铜铅复合板带性能好，在剪切、冲孔、轧制加工过程中不分层，产品性能稳定，还能够消除铅材料强度低、导电性能差等缺点，作为电池极板时可以有效降低电池的内阻，减少电池的发热，提高铅酸电池的能量密度，提高铅酸电池的使用寿命。

本发明的铜铅复合板带的制备方法通过无氧半熔态复合的方法实现了铜铅之间的连续冶金复合，可以产业化生产铜铅复合板带，制得的铜铅复合板带产品可以通过后续的冷轧、箔轧制备成为各种各样的薄板带材，工艺简单，加工成本和能源消耗均较低，经济效益显著。

具体实施方式

实施例1

本实施例的铜铅复合板带的制备方法包括如下步骤：

1)将铅加热至350℃使其熔融得熔融液，静置，采用机械方式去除熔融液表面的氧化膜，将得到的铅液加入结晶器中待用；

2)将铜带材由开卷机开卷，对铜带表面进行防氧化处理，防氧化处理的具体步骤为：将铜材表面进行打磨干净，然后在线涂抹松香、氯化铵的水溶液和氯化锌的水溶液；在防氧化处理后的铜带的一个表面采用热挂镀的方式镀上一层铅镀层，所述热挂镀为将铜带的一个表面浸入高温的铅液中在其表面热挂一层铅镀层，得到预处理铜带；

3)将步骤2)中得到的预处理铜带传入结晶器中，使镀有铅镀层的一面朝向结晶器中的铅液，打开结晶器的阀门增加结晶器中铅液的量，提升结晶器中铅液的液面，使铅液稳定升至铜带表面，并随铜带进入结晶区进行结晶，在铅液结晶过程中向结晶的铅液表面施加500MPa的压力，在铜带表面形成铅层，得到铜铅复合板带坯料；

4)将步骤3)中得到的铜铅复合板带坯料通过轧机进行轧制，控制轧制的速率为0.3m/s，道次加工率为10％，制得铜铅复合板带，所述铅层的厚度为铜铅复合板带厚度的10％。

本实施例的铜铅复合板带为上述方法制得的铜铅复合板带。

实施例2

本实施例的铜铅复合板带的制备方法包括如下步骤：

1)将铅锡合金加热至400℃使其熔融得熔融液，静置，采用机械方式去除熔融液表面的氧化膜，将得到的铅液加入结晶器中待用；

2)将铜带材由开卷机开卷，对铜带表面进行防氧化处理，防氧化处理的具体步骤为：将铜材表面进行打磨干净，然后在线涂抹松香、氯化铵的水溶液和氯化锌的水溶液；在防氧化处理后的铜带的一个表面采用喷镀的方式镀上一层铅锡合金镀层，得到预处理铜带；

3)将步骤2)中得到的预处理铜带传入结晶器中，使镀有铅合金镀层的一面朝向结晶器中的铅液，开启结晶器的阀门，增加结晶器中铅液的量，提升结晶器中铅液的液面，使铅液升至铜带表面，稳定液面，并随铜带进入结晶区进行结晶，在铅液结晶过程中向结晶的铅液表面施加100MPa的压力，在铜带表面形成铅层，得到铜铅复合板带坯料；

4)将步骤3)中得到的铜铅复合板带坯料通过轧机进行轧制，控制轧制的速率为0.6m/s，道次加工率为20％，制得铜铅复合板带，所述铅层的厚度为铜铅复合板带厚度的30％。

本实施例的铜铅复合板带为上述方法制得的铜铅复合板带。

实施例3

本实施例的铜铅复合板带的制备方法包括如下步骤：

1)将铅加热至500℃使其熔融得熔融液，静置，采用机械方式去除熔融液表面的氧化膜，将得到的铅液加入结晶器中待用；

2)将H68黄铜合金带材由开卷机开卷，对铜合金带材表面进行防氧化处理，防氧化处理的具体步骤为：将铜材表面进行打磨干净，然后在线涂抹松香、氯化铵的水溶液和氯化锌的水溶液；在防氧化处理后的铜带的一个表面采用热挂镀的方式镀上一层铅镀层，所述热挂镀为将铜带的一个表面浸入高温的铅液中在其表面热挂一层铅镀层，得到预处理铜带；

3)将步骤2)中得到的预处理铜带传入结晶器中，使镀有铅镀层的一面朝向结晶器中的铅液，开启结晶器的阀门，增加结晶器中铅液的量，提升结晶器中铅液的液面，稳定液面，使铅液升至铜带表面，并随铜带进入结晶区进行结晶，在铅液结晶过程中向结晶的铅液表面施加50MPa的压力，在铜带表面形成铅层，得到铜铅复合板带坯料；

4)将步骤3)中得到的铜铅复合板带坯料通过轧机进行轧制，控制轧制的速率为1.0m/s，道次加工率为40％，制得铜铅复合板带，所述铅层的厚度为铜铅复合板带厚度的50％。

本实施例的铜铅复合板带为上述方法制得的铜铅复合板带。

实施例4

本实施例的铜铅复合板带的制备方法包括如下步骤：

1)将铅加热至500℃使其熔融得熔融液，静置，采用机械方式去除熔融液表面的氧化膜，将得到的铅液加入结晶器中待用；

2)将铜铝复合板带由开卷机开卷，所述铜铝复合板带为铜铝层压复合板带，对铜铝复合板带带材表面进行防氧化处理，防氧化处理的具体步骤为：将铜材表面进行打磨干净，然后在线涂抹松香、氯化铵的水溶液和氯化锌的水溶液；在防氧化处理后的铜铝复合板带的铜层表面采用热挂镀的方式镀上一层铅镀层，所述热挂镀为将铜带的一个表面浸入高温的铅液中在其表面热挂一层铅镀层，得到预处理铜带；

3)将步骤2)中得到的预处理铜带传入结晶器中，使镀有铅镀层的一面朝向结晶器中的铅液，增加结晶器中铅液的量，提升结晶器中铅液的液面，使铅液升至铜带表面，稳定液面，并随预处理铜带进入结晶区进行结晶，在铅液结晶过程中向结晶的铅液表面施加2MPa的压力，在铜铝复合板带表面形成铅层，得到铜铅复合板带坯料；

4)将步骤3)中得到的铜铅复合板带坯料通过轧机进行轧制，控制轧制的速率为1.0m/s，道次加工率为40％，制得铜铅复合板带，所述铅层的厚度为铜铅复合板带厚度的20％。

本实施例的铜铅复合板带为上述方法制得的铜铅复合板带。

对比例

本对比例的铜铅复合板带的制备方法包括如下步骤：

利用电镀工艺，在纯铜表面电镀一层铅或者其合金。

实验例

将实施例1-4和对比例的铜铅复合板带利用目镜测微尺测试其铜层厚度、密度，测试结果如表1所示。

表1实施例1-4和对比例的铜铅复合板带的性能

	铅层厚度(mm)	密度(g/cm3)
			实施例1	0.3	9.17
实施例2	0.3	9.15
			实施例3	0.5	9.3
实施例4	0.2	9.1
			对比例	0.03	8.9

根据表1可以看出，本发明的铜铅复合板带的铅层厚度较大。

Claims (9)

1.一种铜铅复合板带的制备方法，其特征在于，包括：

将铜带表面预镀铅镀层，得到预处理铜带，将铅液与预处理铜带的下表面接触，同时向铅液和预处理铜带上施加压力，冷却，使铅液在压力和冷却的双重作用下结晶形成铅层，然后轧制，即得。

2.如权利要求1所述的铜铅复合板带的制备方法，其特征在于，所述铜带在预镀前进行防氧化处理，所述防氧化处理的步骤为：将铜材表面进行打磨，然后涂抹防氧化剂，所述防氧化剂包括松香、氯化铵的水溶液和氯化锌的水溶液。

3.如权利要求1所述的铜铅复合板带的制备方法，其特征在于，所述铅液为铅或者铅合金加热熔化后在300-500℃下，静置，制成半固态浆料。

4.如权利要求3所述的铜铅复合板带的制备方法，其特征在于，所述铅合金为铅锡合金。

5.如权利要求1所述的铜铅复合板带的制备方法，其特征在于，所述结晶在结晶器中进行。

6.如权利要求1所述的铜铅复合板带的制备方法，其特征在于，所述压力为2-500MPa压力。

7.如权利要求1所述的铜铅复合板带的制备方法，其特征在于，所述轧制的道次加工率为10％-40％。

8.如权利要求1所述的铜铅复合板带的制备方法，其特征在于，所述铅层的厚度为铜铅复合板带厚度的10％-50％。

9.一种铜铅复合板带，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的制备方法制得。