CN110079841B - 一种电池钢带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池钢带的制备方法，属于钢带合金及其制备方法领域，其技术方案要点是包括，S1:低碳钢基体除锈；S2:低碳钢基体水洗；S3:预镀；S4:预镀水洗；S5：电沉积镀层成型；S6：镀层水洗；S7：钢带烘干；S8：连续热处理；S9：钢带平整，优点在于基体和镀层整体性好；还公开了一种电池钢带，包括低碳钢基体，所述低碳钢基体的两侧均设置有米晶Ni‑Cr镀层，所述米晶Ni‑Cr镀层外设置有半光Ni‑Co镀层，所述半光Ni‑Co镀层外设置有全光Ni‑Co镀层，这种钢带晶相组织相互渗透，提高钢带的强度和抗断裂能力。

Description

一种电池钢带及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢带合金及其制备方法，特别涉及一种电池钢带及其制备方法。

背景技术

目前，电池工业正处在前所未有的高速发展与扩张时期，特别是新型电池材料、电池工艺与装备技术受到电池科研工作者与业界的广泛关注与深入研究。电池性能的改善除与电池材料的进步有关外，还与电池零部件的质量密切相关。镀镍钢带是电池的重要组成部件，它既是电池活性物质的载体，同时又是电极的导电骨架，起到集中传导电子、均匀分配电流的作用；镀镍钢带具有良好的电子导电能力和耐腐蚀性能，而且价格低廉、性能稳定，适合大规模连续生产，是电池生产中应用最广泛的集流材料。

现有专利中申请公布号为CN103343367A的中国专利公开了一种镀镍钢带及其制备方法，包括钢基带，钢基带的两侧面由里向外依次电镀有铁-镍结合层、暗镍层和半光亮镍层，铁-镍结合层和半光亮镍层的电镀工艺为脉冲电镀工艺，暗镍层的电镀工艺为直流电镀工艺，在钢基带上通过镀制三种不同的镀层，使镀层与钢基带的结合力增强，耐腐蚀和焊接等性能得到明显改善。

目前电镀工艺制备钢壳存在缺陷，通过电镀制备的钢带基体和镀层整体性不佳，由于镀镍钢带需要经过多次冲压形成钢壳，即钢带需要经过多次拉伸变形成型，可能导致镀层开裂，严重的时候甚至会造成镀层脱落，使基体暴露，制备钢壳合格率偏低。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池钢带及其制备方法，其优点在于基体和镀层整体性好。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种电池钢带的制备方法，包括，

S1：低碳钢基体除锈：使用HCl溶液进行酸洗；

S2：低碳钢基体水洗：使用蒸馏水冲洗低碳钢基体；

S3：预镀：将低碳钢基体放入充满Ni-Cr溶液的预镀池中，进行直流电镀，在低碳钢基体上形成米晶Ni-Cr镀层；

S4：预镀水洗：使用蒸馏水冲洗预镀完成的钢带；

S5：电沉积镀层成型：预制钢带依次经过两个电镀池，依次成型半光Ni-Co镀层和全光Ni-Co镀层；

S6：镀层水洗：使用蒸馏水冲洗钢带；

S7：钢带烘干：使用电热箱对钢带表面进行烘干；

S8：连续热处理：使用封闭式加热炉对钢带进行热处理；

S9：钢带平整：使用辊轧机对钢带挤压整形。

通过采用上述技术方案，首先对低碳钢基体进行处理，除去低碳钢基体表面的锈蚀；然后对低碳钢基体清洗去除HCl；然后对低碳钢基体进行预镀，在低碳钢基体上形成致密的米晶Ni-Cr镀层；然后对钢带进行清洗，去除粘连的预镀液；然后钢带依次进入两个电镀池，钢带上形成致密的半光Ni-Co镀层和全光Ni-Co镀层；之后清洗钢带上的电镀液；然后进入到加热炉中进行热处理，增加半光Ni-Co镀层和全光Ni-Co镀层紧固性；然后辊轧机对钢带挤压整形，提高钢带的表面平整度。

进一步的，在S1中，使用浓度为9％的HCl溶液对低碳钢基体清洗，低碳钢基体每个表面各清洗1min，清洗的过程重复2-3次。

通过采用上述技术方案，使用HCl溶液对低碳钢基体每个表面各清洗1min，并且重复这种过程2-3次，保证将低碳钢基体两面的锈蚀清理干净。

进一步的，在S3中，Ni-Cr溶液包括硫酸镍和硫酸铬，硫酸镍和硫酸铬的质量比为5.5∶1。

通过采用上述技术方案，在预镀液中镍原子和铬原子电镀在低碳钢基体上，形成以Ni为主Cr副的镀层，通过Cr进一步增加镀层的耐腐蚀性，硬度，强度，并且Ni和Cr原子与低碳钢基体表面上的原子相互扩散渗透，使镀层与低碳钢基体更加紧密结合。

进一步的，在S5中，第一个电镀池中充满Ni-Co溶液，Ni-Co溶液包括硫酸镍和硫酸钴，硫酸镍和硫酸钴质量比12∶1。

通过采用上述技术方案，Ni-Co溶液主要用于成型半光Ni-Co镀层，Ni和Co可以在半光Ni-Co镀层和Ni-Cr镀层之间充分的扩散，使半光Ni-Co镀层和Ni-Cr镀层更加紧密结合在一起，提高钢带的整体性和抗蠕变断裂能力。

进一步的，在S5中，第二个电镀池中充满Ni-Co溶液，Ni-Co溶液包括硫酸镍和硫酸钴，硫酸镍和硫酸钴质量比7∶1。

通过采用上述技术方案，第二个电镀池使用Ni-Co溶液主要用于形成全光Ni-Co镀层，并且由于全光Ni-Co镀层和半光Ni-Co镀层金属原子含量不同即内部渗透压不同，在两者交界的地方会发生相互融合的现象，进一步提高钢带的断裂能力。

进一步的，在S5中，两个电镀池中电镀液的温度为40℃，并且pH为4。

通过采用上述技术方案，电镀液为40℃保证电镀液中酸液的活性，使电镀液有良好的耐蚀性，促进镀层的形成，镀层颗粒均匀细小，无明显脱落起皮现象，质量好。

进一步的，在S8中，电镀完成的钢带进入加热炉中加热，加热温度设置为750℃，加热时间为2h。

通过采用上述技术方案，使用热处理方法进一步促进镀层与低碳钢基体中相互渗透，进行重结晶的过程，进一步细化晶相组织，使镀层更加牢固固定在低碳钢基体上，提高钢带的强度和断裂能力，根据铁镍二相图，在912-1394℃的范围之内，铁镍金属形成面心立方单相固溶体，517-912℃，铁镍形成α和γ相组织，这种晶相组织稳定性好，并且成型温度区间大，方便工作人员控制加热温度，有利于进行产业化生产。

进一步的，在S8中，加热完成之后，进入保温步骤，首先将加热炉中的温度设置定为40℃，保温时间为5h，之后关闭加热装置，从加热炉中取出钢带，钢带使用自然冷却的方式静置1h。

通过采用上述技术方案，在进行完热处理之后，保温一段时间，使钢带的晶相组织固定成型，进一步提高钢带的刚度，提高钢带和镀层的结合强度，减少镀层出现断裂情况。

进一步的，在S8中，在加热和保温的过程中，加热箱处于封闭状态，加热箱中通有氮气和氢气混合气体作为保护气。

通过采用上述技术方案，使用氮气和氢气混合气体作为保护气充满加热箱，避免钢带在进行热处理的时候与氧气接触，出现组织氧化变质的情况。

一种电池钢带，包括低碳钢基体，所述低碳钢基体的两侧均设置有米晶Ni-Cr镀层，所述米晶Ni-Cr镀层外设置有半光Ni-Co镀层，所述半光Ni-Co镀层外设置有全光Ni-Co镀层。

通过采用上述技术方案，使用在钢带上电镀涂层的方法，增加电池钢壳的防锈性能和导电性能，米晶Ni-Cr镀层与纯镍相比，由于添加了Cr增加镀层抗蠕变断类的能力和抗腐蚀能力；半光Ni-Co镀层和全光Ni-Co镀层，由于Ni和Co性质相似，根据相似相溶的原理，所以晶相组织相互渗透，提高钢带的强度和抗断裂能力。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.对低碳钢基体进行预镀，在低碳钢基体上形成致密的米晶Ni-Cr镀层，然后钢带依次进入两个电镀池，钢带上形成致密的半光Ni-Co镀层和全光Ni-Co镀层，米晶Ni-Cr镀层与纯镍相比，由于添加了Cr增加镀层抗蠕变断类的能力和抗腐蚀能力；半光Ni-Co镀层和全光Ni-Co镀层，由于Ni和Co性质相似，根据相似相溶的原理，所以晶相组织相互渗透，提高钢带的强度和抗断裂能力；

2.使用热处理方法进一步促进镀层与低碳钢基体中相互渗透，进行重结晶的过程，进一步细化晶相组织，使镀层更加牢固固定在低碳钢基体上，提高钢带的强度和断裂能力，铁镍形成α和γ相组织，这种晶相组织稳定性好，并且成型温度区间大，方便工作人员控制加热温度，有利于进行产业化生产；

3.在热处理的时候，使用氮气和氢气混合气体作为保护气充满加热箱，避免钢带在进行热处理的时候与氧气接触，出现组织氧化变质的情况。

附图说明

图1是电池钢带的结构示意图；

图2是电池钢带的制备方法的流程示意图；

图3是铁-镍二相图；

图4是热处理过程中使用的加热箱结构示意图；

图5是钢带平整中使用的辊轧机结构示意图。

图中，1、低碳钢基体；2、米晶Ni-Cr镀层；3、半光Ni-Co镀层；4、全光Ni-Co镀层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：一种电池钢带，如图1所示，包括低碳钢基体1，低碳钢优选Q235钢，由于Q235钢制造技术成熟，在市场上方便采购，材料成本低。低碳钢基体1的两侧均设置有米晶Ni-Cr镀层2，米晶Ni-Cr镀层2外设置有半光Ni-Co镀层3，半光Ni-Co镀层3外设置有全光Ni-Co镀层4。低碳钢基体1的厚度为0.2mm；米晶Ni-Cr镀层2的厚度为0.2μm；半光Ni-Co镀层3和全光Ni-Co镀层4的厚度0.6μm。

实施例2：一种电池钢带的制备方法，这种方式主要用于成型实施1所述的电池钢带，如图2所示，包括：

S1：低碳钢基体1除锈：使用浓度为9％的HCl溶液对低碳钢基体1清洗，低碳钢基体1每个表面各清洗1min，清洗的过程重复2-3次，保证除去低碳钢基体1上绝大部分的氧化锈迹，避免锈迹干扰在低碳钢基体1上设置有镀层。

S2：低碳钢基体1水洗：使用蒸馏水冲洗低碳钢基体1。工作人员使用蒸馏水冲洗低碳钢基体1，每个表面冲洗20s，并且重复3到4次，确保低碳钢基体1上不会有HCl溶液残留。

S3：预镀：将低碳钢基体1放入充满Ni-Cr溶液的预镀池中，进行直流电镀，在低碳钢基体1上形成米晶Ni-Cr镀层2。

首先在电镀池中充满Ni-Cr溶液，Ni-Cr溶液包括硫酸镍和硫酸铬，硫酸镍和硫酸铬的质量比为5.5∶1，Ni-Cr溶液pH为3，温度设定在30℃。

设定电镀池参数：使用Ni-Nb合金板作为阳极，使用直流脉冲电流作为电镀电流，并且根据电镀液的体积，确定脉冲电流的大小，每立方米电镀液对于电流密度1.3A/m3。脉冲电流的脉冲间隔为20ms。电镀时间为30min。

S4：预镀水洗：使用蒸馏水冲洗预镀完成的钢带。工作将完成预镀的钢带取出，使用这蒸馏水对钢带进行冲洗，每个表面冲洗30s，进行一次冲洗即可，除去钢带上带有的酸液。

S5：电沉积镀层成型：预制钢带依次经过两个电镀池，使用电镀的方式在在预镀完成的钢带上依次成型半光Ni-Co镀层3和全光Ni-Co镀层4。

第一个电镀池中充满Ni-Co溶液，Ni-Co溶液包括硫酸镍和硫酸钴，硫酸镍和硫酸钴质量比12∶1，电镀液的温度为40℃，并且pH为4。使Ni原子和Co保护有良好的活性。

第二个电镀池中同样充满Ni-Co溶液，Ni-Co溶液包括硫酸镍和硫酸钴，硫酸镍和硫酸钴质量比7∶1，并且电镀液的温度为40℃，并且pH为4。

S6：镀层水洗：使用蒸馏水冲洗钢带。从电镀池中钢带，工作人员蒸馏水冲洗，每个表面清洗30s，重复清洗2到3次，将钢带表面粘连的电镀液清洗干净即可。

S7：钢带烘干：使用电热箱对钢带表面进行烘干。在车间中准备烘干箱，钢带经过清洗之后，进入到烘干箱中，蒸发表面水分。

S8：连续热处理：使用封闭式加热炉对钢带进行热处理。烘干完成的钢带进入加热炉中加热，加热温度设置为750℃，加热时间为2h。

根据图3所示的铁镍二相图，在912-1394℃的范围之内，铁镍金属形成面心立方单相固溶体；517-912℃，铁镍形成α和γ相组织，晶相组织均一性好；517℃以下，主要形成α和γ相，还有大量的FeNi3金属间化合物等多相组织。所以热处理温度优选750℃，在517-912℃这个温度区间内成型，金属组织均一性好，没有明显的晶界间隙，晶体之间位错和空位少，减少应力畸变，具有良好抗裂能力。

如图4所示，加热完成之后，进入保温步骤，首先将加热炉中的温度设置定为40℃，保温时间为5h，之后关闭加热装置，从加热炉中取出钢带，钢带使用自然冷却的方式静置1h。使钢带的晶相组织固定成型，进一步提高钢带的刚度，提高钢带和镀层的结合强度，减少镀层出现断裂情况。同时加热炉在加热和保温的工作过程中始终处于封闭状态，加热箱中通有氮气和氢气混合气体作为保护气，氮气和氢气的比例为4∶1，避免钢带和氧气接触，出现组织氧化变质的情况。

S9：钢带平整：如图5所示，使用辊轧机对钢带挤压整形。辊轧机包括两个水平设置的辊筒，两个辊筒沿水平方向布置，两个辊筒之间的间距为钢带厚度的98％，为0.196mm。钢带经过辊筒的挤压，进一步提高钢带的平整度。

检测手段：A、钢带腐蚀性检测：

首先在同一批次的产品中随机选择6段钢带，钢带长度选择为30cm，将6段钢带放置在沿酸雾处理箱中进行检测。实验时间设定为5个小时，每过1个小时，工作人员记录一次钢带的表面情况。

从随机抽检的结果可以的得到结论：在酸性环境中，这种钢带可以在5个小时内，钢带表面基本不会发生变变化。在日常的使用条件下，这种钢带不会出现轻易表面腐蚀的现象，具有良好的抗腐蚀能力。

B、钢带力学性能检测：

钢带的表面粗糙度是反应其材料性能的重要参数。表面粗糙度首先可以反应材料的耐磨性能，钢表的表面粗糙度越低，耐磨性能越好；然后是钢带基体和镀层的结合性能，由于成型镀层的时候，镀层之间存在晶粒扩散相互渗透的过程，表面粗糙度越低，说明晶粒扩散更加均匀，钢带基体和镀层结合的更好。

选用不同三批次钢带，每个批次钢带中随机抽选三条钢带进行测试。测试使用，日本三丰MITUTOYO SJ-310小型表面粗糙度测量仪。

根据表面粗糙度国家标准GB3505-83、GB1031-83标准下，表面粗糙度等级10范围是Ra 0.8～1.6μm，选取的样品均在这个范围中，说明产品合格。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种电池钢带的制备方法，其特征在于：包括，

S1:低碳钢基体(1)除锈：使用HCl溶液进行酸洗；

S2: 低碳钢基体(1)水洗：使用蒸馏水冲洗低碳钢基体(1)；

S3:预镀：将低碳钢基体(1)放入充满Ni-Cr溶液的预镀池中，进行直流电镀，在低碳钢基体(1)上形成米晶Ni-Cr镀层(2)；

在电镀池内充满电镀液；

Ni-Cr溶液包括硫酸镍和硫酸铬，硫酸镍和硫酸铬的质量比为5.5:1；

S4: 预镀水洗：使用蒸馏水冲洗预镀完成的钢带；

S5：电沉积镀层成型：预制钢带依次经过两个电镀池，依次成型半光Ni-Co镀层(3)和全光Ni-Co镀层(4)，两个电镀池中电镀液的温度为40℃，并且pH为4；

第一个电镀池中充满Ni-Co溶液，Ni-Co溶液包括硫酸镍和硫酸钴，硫酸镍和硫酸钴质量比12：1；

第二个电镀池中充满Ni-Co溶液，Ni-Co溶液包括硫酸镍和硫酸钴，硫酸镍和硫酸钴质量比7：1；

S6：镀层水洗：使用蒸馏水冲洗钢带；

S7：钢带烘干：使用电热箱对钢带表面进行烘干；

S8：连续热处理：使用封闭式加热炉对钢带进行热处理，加热完成之后，进入保温步骤，首先将加热炉中的温度设置定为40℃，保温时间为5h，之后关闭加热装置，从加热炉中取出钢带，钢带使用自然冷却的方式静置1h；

S9：钢带平整：使用辊轧机对钢带挤压整形。

2.根据权利要求1所述的电池钢带的制备方法，其特征在于：在S1中，使用浓度为9％的HCl溶液对低碳钢基体(1)清洗，低碳钢基体(1)每个表面各清洗1min，清洗的过程重复2-3次。

3.根据权利要求1所述的电池钢带的制备方法，其特征在于：在S8中，电镀完成的钢带进入加热炉中加热，加热温度设置为750℃，加热时间为2h。

4.根据权利要求3所述的电池钢带的制备方法，其特征在于：在S8中，在加热和保温的过程中，加热箱处于封闭状态，加热箱中通有氮气和氢气混合气体作为保护气。

5.一种电池钢带，其特征在于：包括权利要求4所述的电池钢带的制备方法，还包括低碳钢基体(1)，所述低碳钢基体(1)的两侧均设置有米晶Ni-Cr镀层(2)，所述米晶Ni-Cr镀层(2)外设置有半光Ni-Co镀层(3)，所述半光Ni-Co镀层(3)外设置有全光Ni-Co镀层(4)。

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