CN106757232A - 一种高耐蚀性能穿孔钢带的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高耐蚀性能穿孔钢带的制备方法，在多孔钢带基材上先电沉积铜金属层，再电沉积镍铁合金，最后对经过次连续电沉积后的多孔复合电沉积层钢带置于热处理炉中进行热处理。采用本发明方法制备的高耐蚀性能穿孔钢带，因为具有三层不同结晶组织的电镀层，从而有效提升多孔钢带的整体导电性能，以及电沉积层的耐蚀性能与机械性能，同时较传统的覆镍多孔钢带节省了40%以上的镍资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属带材的制备方法，特别涉及动力电池用穿孔镀镍钢带的制备方法。
背景技术
多孔钢带以其强度高，韧性好和制作成本低而广泛应用于电池极板的材料。金属镍是一种导电性和电化学性能优异的有色金属，因此为改善钢带的导电性、粘接性和电化学性能，常常在钢带表面镀一层金属镍。专利“抗腐蚀镀镍钢板或钢带及其制法”（专利号：CN93107442）中公开了在钢板或钢带上采用电镀的方法在钢板或钢带上镀覆镍的方法，但是该专利方法以及现有技术由于局限于直接在钢带表面电镀金属镍，制备的是一种只具有覆单层镍的钢带，由Fe-Ni相图可知，传统工艺所制备的Fe-Ni镀层中容易形成一种铁镍脆性相，因此将降低镀层与基体的结合强度和覆镍多孔钢带的抗腐蚀性能，在用于制作电池时，有损于电池的容量和使用寿命。因此，现有覆镍多孔钢带为解决耐腐蚀性能，只能以加厚金属镍层，以牺牲镍成本为代价来保证镀层的耐腐蚀性能，造成镍资源的极大浪费。
发明内容
本发明旨在提供一种抗腐蚀性能较好、节约镍资源的覆镍多孔钢带的制备方法。
本发明通过以下方案实现。
一种高耐蚀性能穿孔钢带的制备方法，包括以下步骤：
第一步：选择厚度为0.025～0.08mm、孔径为0.5～1.5mm的多孔钢带作为基材，在其表面电沉积厚度为1.0～2.0μm的镍-铁合金层，合金层中镍含量为25～40wt%，余量为铁，此为第一级电镀；
第二步：将上述经第一级电镀的基材在高氯的电沉积镍体系中沉积厚度为0.5-2.0μm的金属镍层，体系中的氯化镍浓度为55-75g/L，此为第二级电镀；
第三步：将上述已覆部分镍的钢带半成品再在含有光亮剂成份电沉积镍体系中电沉积厚度为0.3-2.0μm金属镍层，此为第三级电镀，得覆镍多孔钢带。
第一级电镀采用2-5A/dm2的小电流密度在基体上电沉积0.2-1.0μm镍铁合金层，镍镀层占40-60wt%，电镀液成份为：硫酸镍180-250g/L,硫酸亚铁150-200g/L，氯化亚铁100-175g/L硼酸30-45g/L，pH2.5-3.5，温度为室温；第二级电镀采用6-10 A/dm2的大电流密度在第一级电沉积后的表面镀0.5-2.0μm镍层，电沉积镍体系成份为：硫酸镍180-250g/L,氯化镍55-75g/L硼酸30-45g/L，pH3.5-4.5，温度为45-60℃；第三级电镀采用6-12 A/dm2大电流密度在经过第二级电镀后的表面镀0.3-2.0μm镍层，电沉积镍体系成份为：硫酸镍200-250g/L,氯化镍30-45g/L硼酸30-45g/L，pH3.8-4.5，光亮剂糖精0.5-1.2g/L, 温度为45-60℃。
为使基材的电沉积效果更好，镀覆金属层与基材层结合更紧密，在所述电沉积合金层步骤之前，先对钢带基材进行除油，然后活化。
为进一步提高材料的抗腐蚀性能和机械性能，在完成所述电沉积工序后，对覆镍多孔钢带清洗干燥后，再对其进行热处理，热处理选用下列方式中的一种：一是热处理炉中有可还原金属的气氛， 还原气氛为氢气和氮气的混合气体，混合气体中氢气:氮气为3:1，还原温度为550℃-680℃，保温时间为8-10小时；二是采用真空热处理方法，温度为600℃-800℃，时间为8-10小时。
与现有技术相比，本发明的优点体现于：
1、采用小电流密度条件下进行铁镍合金电沉积作为底层，不仅能有效对基体表面进行活化，为后续电沉积提供活化的表面，同时还有效地节省了40%以上的镍。
2、采用底层小电流沉积致密性结晶镀层后，再采用高浓度氯离子的暗镍体系在中间层沉积一层结晶较粗的纯镍镀层，以覆盖底层的铁镍合金镀层存在的相关孔隙，进一步提高整个镀层的致密性与结合力，同时减少了镀层的内应力。
3、采用大电流密度以及光亮镀镍体系在经过二级电镀后的表面再覆盖一层纯镍层，以完全覆盖前二次电沉积镀层所存在的空隙。
4、对经过三级不同工艺的电沉积后，对材料进行镀层晶体重结晶处理，使三层镀层相互渗透与融合，进一步细化了整体镀层的晶粒组织，有效地改善了镀层的耐腐蚀性能，同时提升了材料的机械性能。
附图说明
图1：采用本发明方法制备的一种高耐蚀性能穿孔钢带耐腐蚀性检测图
图2：现有工艺制备的覆镍多孔钢带耐腐蚀性检测图
图3：两种工艺制备的穿孔钢带抗拉力对比图
图4：两种工艺制备的穿孔钢带延伸率对比图
图5：采用本发明方法制备的一种高耐蚀性能穿孔钢带的镀层结晶形态
图6：采用现有方法制备的覆镍多孔钢带的镀层结晶形态。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例
1
采用厚为0.025mm，孔径为1.0mm的多孔钢带作为基材，在经过电化学除油以及酸洗活化后，进入多级不同工艺条件的电沉积工序。其中，第一级电镀采用2A/dm2的电流密度在基体上电沉积1.2μm镍铁合金层，合金镀层中镍占40wt%，铁占60wt%，电镀液成份为：硫酸镍180g/L,硫酸亚铁150g/L，氯化亚铁100g/L硼酸30g/L，pH2.5，温度为室温；第二级采用6A/dm2的大电流密度在第一级电沉积后的表面沉积0.5μm的金属镍层，电沉积体系为：硫酸镍180g/L,氯化镍55g/L，硼酸30g/L，pH3.8，温度为45℃；第三级采用8A/dm2的大电流密度在经过第二级电沉积后的表面再电沉积0.3μm的金属镍层，电沉积体系为：硫酸镍200g/L,氯化镍30g/L硼酸35g/L，pH3.5，光亮剂糖精0.5g/L,
温度为45℃。经过三级电沉积后，再对材料清洗并烘干，之后后，进行热处理，热处理条件为：采用氢气:氮气为3:1的混合还原性混合气氛， 在580℃的条件下保温8小时，得到最终的一种高耐蚀性能穿孔钢带。
分别将采用本实施例方法制得的覆镍多孔钢带及现有方法所制备的覆镍多孔钢带进行中性盐雾腐蚀检测以及机械性能的检测，镀层厚度、基材规格均相同，其对比检测结果分别如图1-图6所示。从图中可以看出，在相同基体与镀层厚度的条件下，采用本实施例方法所制备的具有梯度镀层的多孔覆镍钢带的耐盐雾腐蚀性能要优于现有方法制得的材料，且材料的抗拉力与延伸率也要提升30%。
为考察出现上述不同性能的原因，将采用上述本实施例制得的一种高耐蚀性能穿孔钢带和普通现有方法制得的覆镍多孔钢带分别在电子扫描镜下观察其镀层的结晶形态，如图5和图6，对比二图，可看到采用本发明方法制得的一种高耐蚀性能穿孔钢带镀层致密，结晶晶粒小且均匀；而现有方法制得的覆多孔钢带镀层结晶晶粒大且不均匀，因此镀层有空隙、不致密。
并且，经过计算，本实施例方法由于第一级电沉积包含了近60%的铁，因此较现有方法镍资源节约近60%。
实施例
2
采用厚为为0.035mm、孔径为1.2mm的多孔钢带作为基体材料，在经过电化学除油以及酸洗活化后，进入多级不同工艺条件的电沉积工序。其中，第一级电镀采用3A/dm2的电流密度在基体上电沉积1.0μm镍铁合金层，合金镀层中镍占30wt%，铁占70wt%，电沉积体系为：硫酸镍200g/L,硫酸亚铁200g/L，氯化亚铁120g/L,硼酸35g/L，pH2.8，温度为室温；第二级采用8A/dm2的大电流密度在第一级电沉积后的表面沉积0.8μm的金属镍层，电沉积体系为：硫酸镍200g/L,氯化镍65g/L，硼酸30g/L，pH4.0，温度为55℃；第三级采用10A/dm2大电流密度在经过第二级电沉积后的表面再沉积2.0μm的金属镍层，电沉积体系为：硫酸镍220g/L,氯化镍32g/L硼酸37g/L，pH3.8，光亮剂糖精0.7g/L, 温度为60℃。经过三级电沉积后，再对材料清洗并烘干，之后，进行热处理，热处理条件为：采用氢气:氮气为3:1的混合还原性混合气氛，在620℃的热处理条件下保温9小时，得到最终的一种高耐蚀性能穿孔钢带。
在电子扫描镜下观察其镀层的结晶形态，也可发现有如图5的结果，镀层致密，结晶晶粒小且均匀。
实施例
3
采用厚为0.045mm、孔径为1.3mm的多孔钢带作为基材，在经过电化学除油以及酸洗活化后，进入多级不同工艺条件的电沉积工序。其中，第一级电镀采用5A/dm2的电流密度在基体上电沉积1.5μm镍铁合金层，合金层中镍占28wt%，铁占72wt%，电沉积体系为：硫酸镍190g/L,硫酸亚铁180g/L，氯化亚铁110g/L硼酸35g/L，pH3.2，温度为室温；第二级采用7A/dm2的大电流密度在第一级电沉积后的表面镀1.5μm镍层，电沉积体系为：硫酸镍180g/L,氯化镍55g/L，硼酸30g/L，pH3.8，温度为45℃；第三级采用9A/dm2大电流密度在经过第二级电沉积后的表面再电沉积0.5μm镍层，电沉积体系为：硫酸镍230g/L,氯化镍33g/L硼酸36g/L，pH3.7，光亮剂糖精0.8g/L,
温度为65℃。经过三级电沉积后，再对材料清洗并烘干，之后，在温度为800℃进行真空热处理，保温时间为8小时，制得最终的一种高耐蚀性能穿孔钢带。
在电子扫描镜下观察其镀层的结晶形态，也可发现有如图5的结果，镀层致密，结晶晶粒小且均匀。
实施例
4
采用厚为0.08mm、孔径为1.mm的多孔钢带作为基材，在经过电化学除油以及酸洗活化后，进入多级不同工艺条件的电沉积工序。其中，第一级电镀采用4A/dm2的电流密度在基体上电沉积2.0μm镍铁合金层，合金层中镍占25wt%，铁占75wt%，电沉积体系为：硫酸镍190g/L,硫酸亚铁200g/L，氯化亚铁150g/L硼酸35g/L，pH3.0，温度为室温；第二级采用9A/dm2的大电流密度在第一级电沉积后的表面沉积2.0μm的金属镍层，电沉积体系为：硫酸镍180g/L,氯化镍55g/L，硼酸30g/L，pH3.8，温度为45℃；第三级采用9A/dm2大电流密度在经过第二级电沉积后的表面再电沉积1.3μm镍层，电沉积体系为：硫酸镍230g/L,氯化镍33g/L硼酸36g/L，pH3.7，光亮剂糖精0.8g/L,
温度为65℃。经过三级电沉积后，再对材料清洗并烘干，之后进行热处理，热处理条件为：采用氢气:氮气为3:1的混合还原性混合气氛，在680℃的热处理条件下保温10小时，得到最终的一种高耐蚀性能穿孔钢带。
在电子扫描镜下观察其镀层的结晶形态，也可发现有如图5的结果，镀层致密，结晶晶粒小且均匀。
Claims (4)
1. 一种高耐蚀性能穿孔钢带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：选择厚度为0.025～0.08mm、孔径为0.5～1.5mm的多孔钢带作为基材，在其表面电沉积厚度为1.0～2.0μm的镍-铁合金层，合金层中镍含量为25～40wt%，余量为铁，此为第一级电镀；
第二步：将上述经第一级电镀的基材在高氯的电沉积镍体系中沉积厚度为0.5-2.0μm的金属镍层，体系中的氯化镍浓度为55-75g/L，此为第二级电镀；
第三步：将上述已覆部分镍的钢带半成品再在含有光亮剂成份电沉积镍体系中电沉积厚度为0.3-2.0μm金属镍层，此为第三级电镀，得覆镍多孔钢带。
2.如权利要求1所述的一种高耐蚀性能穿孔钢带的制备方法，其特征在于：第一级电镀采用2-5A/dm2的小电流密度在基体上电沉积0.2-1.0μm镍铁合金层，镍镀层占40-60wt%，电镀液成份为：硫酸镍180-250g/L,硫酸亚铁150-200g/L，氯化亚铁100-175g/L硼酸30-45g/L，pH2.5-3.5，温度为室温；第二级电镀采用6-10 A/dm2的大电流密度在第一级电沉积后的表面镀0.5-2.0μm镍层，电沉积镍体系成份为：硫酸镍180-250g/L,氯化镍55-75g/L硼酸30-45g/L，pH3.5-4.5，温度为45-60℃；第三级电镀采用6-12 A/dm2大电流密度在经过第二级电镀后的表面镀0.3-2.0μm镍层，电沉积镍体系成份为：硫酸镍200-250g/L,氯化镍30-45g/L硼酸30-45g/L，pH3.8-4.5，光亮剂糖精0.5-1.2g/L, 温度为45-60℃。
3.如权利要求1或2所述的一种高耐蚀性能穿孔钢带的制备方法，其特征在于：在所述电沉积合金层步骤之前，先对钢带基材进行除油，然后活化。
4.如权利要求1或2所述的一种高耐蚀性能穿孔钢带的制备方法，其特征在于：在完成所述电沉积工序后，覆镍多孔钢带经清洗干燥后，对其进行热处理，热处理选用下列方式中的一种：一是热处理炉中有可还原金属的气氛，
还原气氛为氢气和氮气的混合气体，混合气体中氢气:氮气为3:1，还原温度为550℃-680℃，保温时间为8-10小时；二是采用真空热处理方法，温度为600℃-800℃，时间为8-10小时。
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