CN106622919B - 一种金属带材表面粗糙度增加设备及加工方法 - Google Patents

一种金属带材表面粗糙度增加设备及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属带材表面粗糙度增加设备及加工方法，所述设备包括金属带释放卷取装置、金属带表面清洗装置、导向装置、表面粗糙度增加装置、加热装置和废气收集装置等组成。本发明避免了腐蚀法或磨削法对环境及操作人员造成了危害，可以直接增加极薄金属带材表面粗糙度，且粗糙度可以精确控制，提高了金属带表面粗糙度增加的加工效率及粗糙度的均匀性。

Description

一种金属带材表面粗糙度增加设备及加工方法
技术领域
本发明属于金属带材表面加工技术领域，尤其涉及一种镀层金属带材表面粗糙度增加设备及加工方法。
背景技术
随着科技的快速发展，全球面临严重的能源危机和环境危机，大力发展低/零排放的新能源汽车是解决当前能源和环境危机的重要手段，已成为当前汽车工业发展的主流方向。而大规模利用这些新能源，需要与之配套的高性能电池，在众多现行开发的二次电池中，锂离子电池因具有工作电压高、功率密度和能量密度高和无记忆效应等优点，且具有储能比能量高、循环寿命长、产生污染少等特征，使锂离子电池成为目前理想的新一代绿色能源。在锂电池电芯封装过程中，锂电池正极、负极通过铜带（镀镍铜带）与极耳连接在一起，铜带（镀镍铜带）表面光洁度过高，会导致密封胶在铜带（镀镍铜带）上粘合力不足（尤其当粘胶带材处于电池电解液中），导致胶体与带材脱落，从而引起电解液泄露，给电池安全带来严重影响。适当增加金属带材表面粗糙度，进而增加带材与胶体的粘结力，是锂电池电芯封装中亟待解决的问题。
现有的金属带（包括含有一定厚度镀层的金属带）表面粗糙度增加的方法主要有机械磨削法和腐蚀法。机械磨削法为通过细砂轮或磨料对铜带表面进行磨削，然后在进行表面清洗，该方法要求精度较高，效率低，加工出的金属带表面粗糙度不均匀，且只能对较厚的铜带进行磨削，而无法加工厚度小于0.1mm的金属带；此外，由于该方法的高精度要求，使得该方法的加工成本较高。腐蚀法为将金属带在强酸中通过电解方法对表面进行腐蚀，该方法存在诸多缺点：1.腐蚀液中存在强酸、强碱、Cr6+等物质，对环境存在较大影响（尤其是Cr6+对环境和人身健康带来严重影响），加工过程稍微疏忽就会对环境带来灾难性损害；2.腐蚀法容易对操作工人造成危害，严重影响工人身心健康；3.腐蚀液含有重金属及重金属络合物，不能满足环境RoHs规定；4.通过腐蚀法处理之后，表面腐蚀液不易清洗，进而导致金属带的二次污染；5.对于极薄金属带（厚度小于0.1mm）腐蚀深度难以控制。故上述加工方法存在诸多问题，难以使得金属带表面粗糙度有效增加，给金属带（镀层金属带）表面粗糙度增加的加工和使用带来不便。
因此，目前迫切需要改变现有的加工方法，以解决目前金属带表面粗糙度增加的生产加工中存在的问题。
发明内容
本发明为解决目前金属带表面粗糙度增加加工过程中效率低、成本高、环境污染、金属带表面粗糙度不可精确控制及极薄金属带表面粗糙度增加不能加工等问题。本发明通过金属带表面粗糙度增加设备及加工方法，将与金属带表面金属组份同样的纳米有机金属溶液均匀涂覆在金属带表面，通过控制纳米金属有机溶液中的纳米颗粒大小获得不同要求的金属带表面粗糙度，然后涂覆由纳米有机金属溶液的金属带通过热处理装置，使纳米金属沉积在金属带表面，从而增加金属带表面粗糙度。
实现本发明的技术方案是：一种金属带材表面粗糙度增加设备，包括金属带释放卷取装置、金属带表面清洗装置、导向装置、表面粗糙度增加装置、加热装置和废气收集装置，所述金属带释放卷取装置包括金属带释放机构、金属带卷取机构和压紧校正轮；所述金属带表面清洗装置包括超声波清洗机构、物理擦拭机构和高压气体风干机构；所述加热装置包括陶瓷管、保护气进气管、加热体、保温箱体和支撑座，所述保温箱体竖向放置，陶瓷管放置在保温箱体中心，通过支撑座支撑；所述导向装置包括导向轮；所述表面粗糙度增加装置包括模具底座、模具、导流管、纳米金属有机溶液回收器和微量泵，模具与纳米金属有机溶液回收器固定在模具底座中，微量泵通过导流管与模具相连，模具的中心与陶瓷管的中心重合；所述废气收集装置包括收集罩和轴流风扇，废气收集装置位于加热装置顶部。
金属带释放卷取装置中的金属带释放机构为被动释放机构，金属带卷取机构为主动卷取机构，采用力矩电机作为驱动，且压紧校正轮为主动驱动轮。
金属带表面清洗装置中的超声波清洗机构长度不低于500mm，且超声波清洗机构中的超声波发生器的距离不超过100mm；物理擦拭机构中的擦拭体为橡胶；高压气体风干机构的出风区域为矩形。
加热装置中的加热体为片状加热器，采用3-5段加热方式加热。
所述表面粗糙度增加装置中的模具底座设有恒温装置，保证模具底座的温度在20℃-25℃。
所述表面粗糙度增加装置中的模具由模具体、入口区、模具孔、数量为4-6个的输液孔及出口区组成，模具孔的直径大于加工金属带材直径4-5微米；输液孔位于出口区2-5mm处，入口区的四个面上分别设有1-2个回流沟槽。
所述表面粗糙度增加装置中的纳米金属有机溶液回收器由型面连接区上的漏斗形孔和纳米金属有机溶液贮存槽组成，模具与纳米金属有机溶液回收器通过型面连接，并通过簧片固定在模具底座中。
所述的金属带材表面粗糙度增加设备的加工方法，步骤如下：
（a）将模具安装在纳米金属有机溶液回收器上，将纳米金属有机溶液回收器固定于模具底座中，通过导流管连接微量泵与输液孔；
（b）开启超声波清洗机构、加热装置，待加工金属带材由金属带释放机构经过压紧校正轮，之后依次通过超声波清洗机构、物理擦拭机构和高压气体风干机构，再经过导向轮后垂直通过模具，然后通过加热体中的陶瓷管，最后经过压紧校正轮、导向轮收卷在金属带卷取机构上；
（c）开启微量泵，将1.0-5.0ml纳米金属有机溶液通过导流管注入模具中，纳米金属有机溶液的流量为0.1-1.0ml/分钟；
（d）待液态纳米金属有机溶液注入完成后，开启设备。
所述液态纳米金属有机溶液中的金属纳米颗粒的粒径为80-200纳米。
所述步骤（b）中陶瓷管温度范围为350℃-600℃；步骤中金属带卷取机构的卷取速度为10-100m/分钟。
本发明的有益效果是：采用纳米金属有机溶液，通过控制纳米颗粒大小控制金属带表面的粗糙度程度；采用纳米金属有机溶液，避免了腐蚀法对环境及操作人员造成了危害；通过金属带表面粗糙度增加设备将纳米金属有机溶液中的纳米金属沉积在金属带表面，解决了极薄金属带表面粗糙度增加不可加工的问题；通过该方法加工后的金属带不需要二次表面清洗，提高了效率，消除了二次污染；通过改变模具孔尺寸可实现各种规格金属带表面粗糙度增加加工；通过该方法可以实现多种金属带（含镀层金属）表面粗糙度增加。本发明金属带表面粗糙度增加设备及加工方法能够避免传统腐蚀方法对环境的污染、生产安全及磨削方法效率低下、极薄线材不能加工等问题，确保了金属带表面粗糙度均匀，实现了金属带表面粗糙度可控，并且能够实现在极薄的金属带（厚度＜0.1mm）上直接增加其表面粗糙度，解决了传统工艺不能有效增加金属带表粗糙度的难题，为金属带表面粗糙度增加提供了设备保障。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是模具的结构示意图；
图3是模具的俯视图；
图4是纳米金属有机溶液回收器的俯视图；
图5是纳米金属有机溶液回收器的结构示意图。
其中，1、金属带释放机构；2、压紧校正轮；3、超声波清洗机构；4、物理擦拭机构；5、高压气体风干机构；6、导向轮；7、模具底座；8、模具；9、导流管；10、纳米金属有机溶液回收器；11、微量泵；12、陶瓷管；13、保护气进气管；14、加热体；15、保温箱体；16、支撑座；17、收集罩；18、轴流风扇；19、卷取系统；20、模具体；21、入口区；22、模具孔；23、输液孔；24、出口区；25、互通沟槽；26、回流沟槽；27、型面连接区；28、漏斗形孔；29、纳米金属有机溶液贮存槽。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，具体实施方式的内容不作为对本发明的保护内容的限制。
本发明涉及一种金属带表面粗糙度增加设备及加工方法，通过所述设备及方法，可以直接通过同种金属沉积在金属带表面的方式增加金属带表面粗糙度，克服了磨削法和腐蚀法效率低、成本高的缺点，消除了腐蚀法对环境的污染和对操作人员的危害，可得到表面粗糙度可控的金属带材。
如图1所示，一种金属带材表面粗糙度增加设备，包括金属带释放卷取装置、金属带表面清洗装置、导向装置、表面粗糙度增加装置、加热装置和废气收集装置，其中，金属带释放卷取装置包括金属带释放机构1、金属带卷取机构19和压紧校正轮2，且金属带释放机构1为被动释放机构，金属带卷取机构19为主动卷取机构，采用力矩电机作为驱动，且压紧校正轮2为主动驱动轮。金属带表面清洗装置包括超声波清洗机构3、物理擦拭机构4和高压气体风干机构5，其中，超声波清洗机构3的长度不低于500mm，且超声波清洗机构3中的超声波发生器的距离不超过100mm；物理擦拭机构4中的擦拭体为橡胶；高压气体风干机构5出风区域为矩形。导向装置包括导向轮6，导向轮6要求表面抛光。表面粗糙度增加装置包括模具底座7、模具8、导流管9、纳米金属有机溶液回收器10和微量泵11，如图2-5所示，模具8与纳米金属有机溶液回收器10固定在模具底座7中，微量泵11通过导流管9与模具8相连，且模具8的中心与加热装置陶瓷管12的中心重合；此外，表面粗糙度增加装置可前后、左右四方位调节，且表面粗糙度增加装置中的模具底座7设有恒温装置，保证模具底座7温度在20℃-25℃；再一点，模具8由模具体20、入口区21、模具孔22、数量为4-6个的输液孔23及出口区24组成，模具孔22四周表面上设有微细互通沟槽25，且模具孔22的直径大于加工金属带直径4-5微米，且所有输液孔23均位于出口区24附近；且入口区21四个面上分别设有1-2个回流沟槽26；纳米金属有机溶液回收器10由连接区27上的漏斗形孔28和纳米金属有机溶液贮存槽29组成，模具8与纳米金属有机溶液回收器10通过型面连接，并通过簧片固定在模具底座7中。加热装置包括陶瓷管12、保护气进气管13、加热体14、保温箱体15和支撑座16，所述保温箱体15竖向放置，陶瓷管12放置在保温箱体15中心，通过支撑座16支撑，其中，加热体14为片状加热器，并采用3-5段加热方式加热，且每段加热功率均可独立控制。所述废气收集装置包括收集罩17和轴流风扇18，废气收集装置位于加热装置顶部。
实施例1
利用上述设备，本实施例中金属带材表面粗糙度增加设备的加工方法如下：
（a）将模具8安装在纳米金属有机溶液回收器10上，并固定于模具底座7中，通过导流管9连接微量泵11与输液孔23；
（b）开启超声波清洗机构3、加热装置，将宽度20mm、厚度0.1mm的待加工金属带由金属带释放机构1经过压紧校正轮2后依次通过超声波清洗机构3、物理擦拭机构4和高压气体风干机构5，之后经过导向轮6后垂直通过模具8，模具8的孔径宽度为20.05mm、高度为0.15mm，再通过加热体14中的陶瓷管12，陶瓷管12的温度为350℃，最后经过压紧校正轮2、导向轮收卷在金属带卷取机构19上；
（c）开启微量泵11，将1.0ml液态纳米金属有机溶液通过导流管9注入模具8中，液态纳米金属有机溶液中纳米金属颗粒为80纳米，液态纳米金属有机溶液流量为0.1ml/分钟，模具底座7温度为20℃；
（d）液态纳米金属有机溶液注入完成后，开启设备，金属带收卷速度为10m/分钟。
实施例2
利用上述设备，本实施例中金属带材表面粗糙度增加设备的加工方法如下：
（a）将模具8安装在纳米金属有机溶液回收器10上，并固定于模具底座7中，通过导流管9连接微量泵11与输液孔23；
（b）开启超声波清洗机构3、加热装置，将宽度20mm、厚度0.5mm的待加工金属带由金属带释放机构1经过压紧校正轮2后依次通过超声波清洗机构3、物理擦拭机构4和高压气体风干机构5，之后经过导向轮6后垂直通过模具8，模具8的孔径为宽度20.05mm、高度为0.55mm，再通过加热体14中的陶瓷管12，陶瓷管12的温度为500℃，最后经过压紧校正轮2、导向轮收卷在金属带卷取机构19上；
（c）开启微量泵11，将2.0ml液态纳米金属有机溶液通过导流管9注入模具8中，液态纳米金属有机溶液中纳米金属颗粒为100纳米，液态纳米金属有机溶液流量为0.3ml/分钟，模具底座7温度为25℃；
（d）纳米金属有机溶液注入完成后，开启设备，金属带收卷速度为20m/分钟。
实施例3
利用上述设备，本实施例中金属带材表面粗糙度增加设备的加工方法如下：
（a）将模具8安装在纳米金属有机溶液回收器10上，并固定于模具底座7中，通过导流管9连接微量泵11与模具输液孔23；
（b）开启超声波清洗机构3、加热装置，将宽度30mm、厚度0.5mm的待加工金属带由金属带释放机构1经过压紧校正轮2后依次通过超声波清洗机构3、物理擦拭机构4和高压气体风干机构5，经过导向轮6后垂直通过模具8，模具8的孔径宽度为30.05mm、高度为0.55mm，再通过加热体14中的陶瓷管12，陶瓷管的温度为500℃，最后经过压紧校正轮2、导向轮收卷在金属带卷取机构19上；
（c）开启微量泵11，将5.0ml纳米金属有机溶液通过导流管9注入模具8中，纳米金属有机溶液中纳米金属颗粒为150纳米，纳米金属有机溶液流量为1.0ml/分钟，模具底座9温度为20℃；
（d）纳米金属有机溶液注入完成后，开启设备，金属带收卷速度为50m/分钟。
实施例4
利用上述设备，本实施例中金属带材表面粗糙度增加设备的加工方法如下：
（a）将模具8安装在纳米金属有机溶液回收器10上，并固定于模具底座7中，通过导流管9连接微量泵11与输液孔23；
（b）开启超声波清洗机构3、加热装置，将宽度30mm、厚度0.6mm的待加工金属带由金属带释放机构1经过压紧校正轮2依次通过超声波清洗机构3、物理擦拭机构4和高压气体风干机构5，经过导向轮6后垂直通过模具8，模具8的孔径宽度为30.05mm、高度为0.65mm，再通过加热体14中的陶瓷管12，陶瓷管的温度为600℃，最后经过压紧校正轮2、导向轮收卷在金属带卷取机构19上；
（c）开启微量泵11，将5.0ml纳米金属有机溶液通过导流管9注入模具8中，纳米金属有机溶液中纳米金属颗粒为200纳米，纳米金属有机溶液流量为1.0ml/分钟，模具底座9温度为25℃；
（d）纳米金属有机溶液注入完成后，开启设备，金属带收卷速度为100m/分钟。
具体实施方式的内容是为了便于本领域技术人员理解和使用本发明而描述的，并不构成对本发明保护内容的限定。本领域技术人员在阅读了本发明的内容之后，可以对本发明进行合适的修改。本发明的保护内容以权利要求的内容为准。在不脱离权利要求的实质内容和保护范围的情况下，对本发明进行的各种修改、变更和替换等都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种金属带材表面粗糙度增加设备，包括金属带释放卷取装置、金属带表面清洗装置、导向装置、表面粗糙度增加装置、加热装置和废气收集装置，其特征在于：所述金属带释放卷取装置包括金属带释放机构（1）、金属带卷取机构（19）和压紧校正轮（2）；所述金属带表面清洗装置包括超声波清洗机构（3）、物理擦拭机构（4）和高压气体风干机构（5）；所述加热装置包括陶瓷管（12）、保护气进气管（13）、加热体（14）、保温箱体（15）和支撑座（16），所述保温箱体（15）竖向放置，陶瓷管（12）放置在保温箱体（15）中心，通过支撑座（16）支撑；所述导向装置包括导向轮（6）；所述表面粗糙度增加装置包括模具底座（7）、模具（8）、导流管（9）、纳米金属有机溶液回收器（10）和微量泵（11），模具（8）与纳米金属有机溶液回收器（10）固定在模具底座（7）中，微量泵（11）通过导流管（9）与模具（8）相连，模具（8）的中心与陶瓷管（12）的中心重合；
所述废气收集装置包括收集罩（17）和轴流风扇（18），废气收集装置位于加热装置顶部；所述表面粗糙度增加装置中的模具（8）由模具体（20）、入口区（21）、模具孔（22）、数量为4-6个的输液孔（23）及出口区（24）组成，模具孔（22）的直径大于加工金属带材直径4-5微米；输液孔（23）位于出口区（24）2-5mm处，入口区（21）的四个面上分别设有1-2个回流沟槽（26），模具孔（22）四周表面上设有微细互通沟槽（25）；
所述表面粗糙度增加装置中的纳米金属有机溶液回收器（10）由型面连接区（27）上的漏斗形孔（28）和纳米金属有机溶液贮存槽（29）组成，模具（8）与纳米金属有机溶液回收器（10）通过型面连接，并通过簧片固定在模具底座（7）中。
2.如权利要求1所述的金属带材表面粗糙度增加设备，其特征在于：金属带释放卷取装置中的金属带释放机构（1）为被动释放机构，金属带卷取机构（19）为主动卷取机构，采用力矩电机作为驱动，且压紧校正轮（2）为主动驱动轮。
3.如权利要求1所述的金属带材表面粗糙度增加设备，其特征在于：金属带表面清洗装置中的超声波清洗机构（3）长度不低于500mm，且超声波清洗机构（3）中的超声波发生器的距离不超过100mm；物理擦拭机构（4）中的擦拭体为橡胶；高压气体风干机构（5）的出风区域为矩形。
4.如权利要求1所述的金属带材表面粗糙度增加设备，其特征在于：加热装置中的加热体（14）为片状加热器，采用3-5段加热方式加热。
5.如权利要求1所述的金属带材表面粗糙度增加设备，其特征在于：所述表面粗糙度增加装置中的模具底座（7）设有恒温装置，保证模具底座（7）的温度在20℃-25℃。
6.权利要求1所述的金属带材表面粗糙度增加设备的加工方法，其特征在于步骤如下：
（a）将模具（8）安装在纳米金属有机溶液回收器（10）上，将纳米金属有机溶液回收器（10）固定于模具底座（7）中，通过导流管（9）连接微量泵（11）与输液孔（23）；
（b）开启超声波清洗机构（3）、加热装置，待加工金属带材由金属带释放机构（1）经过压紧校正轮（2），之后依次通过超声波清洗机构（3）、物理擦拭机构（4）和高压气体风干机构（5），再经过导向轮（6）后垂直通过模具（8），然后通过加热体（14）中的陶瓷管（12），最后经过压紧校正轮（2）、导向轮（6）收卷在金属带卷取机构（19）上；
（c）开启微量泵（11），将1.0-5.0ml纳米金属有机溶液通过导流管（9）注入模具（8）中，纳米金属有机溶液的流量为0.1-1.0ml/分钟；所述纳米金属有机溶液中的金属纳米颗粒的粒径为80-200纳米；
（d）待纳米金属有机溶液注入完成后，开启设备。
7.如权利要求6所述的金属带材表面粗糙度增加设备的加工方法，其特征在于：所述步骤（b）中陶瓷管（12）温度范围为350℃-600℃；步骤（b）中金属带卷取机构（19）的卷取速度为10-100m/分钟。
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