CN111307706A - 一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置，包括槽体、把手、用以放置对比电极和待测试电极的阳极卡槽、用以放置辅助电极的阴极卡槽、阳极接线柱、阴极接线柱、搅拌电机、液位监测器、参比电极安装孔、参比电极接线柱、搅拌桨、卡槽挡板、流动孔、补水孔；通过对比电极、辅助电极、参比电极的配合，利用测试装置对铅基合金进行耐电化学腐蚀的测试。本发明的测试装置及测试方法，测试结果重现性好、测试周期短、简单快捷，可用于快速对铅基合金及铅基合金加工工艺的评价。

Description

一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于耐电化学腐蚀测试技术领域，具体涉及一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置及其测试方法。

背景技术

铅酸蓄电池的板栅一般采用铅基合金制备而成。因为铅酸蓄电池的正极活性物质主要成分为二氧化铅，板栅的主要成分为铅，二者可发生氧化还原反应，生产氧化铅；同时，又因为电池充电一般采用恒压限流的方式进行充电，正极电势会上升到2.6V以上，在硫酸电解液氛围中存在电化学腐蚀的情况，故而板栅的腐蚀是不可避免的，可通过设计板栅的铅基合金及板栅的结构来改善和减缓板栅的腐蚀，使板栅在蓄电池整个使用周期内不会因板栅腐蚀问题而影响电池的寿命。因此，需要对用来制备板栅的铅基合金进行耐电化学腐蚀测试。

电池正常使用的寿命为3年以上，而实验室进行快速循环测试也需要150—300天的时间，因此采用正常方法测试周期太长，影响设计开发进度。目前常用的铅基合金耐电化学腐蚀测试方法是将正板栅和负板栅组成一个电池单元，通入恒定的直流电对板栅进行电化学腐蚀一段时间，通过测试计算重量损失情况来评价板栅或者铅基合金的耐腐蚀情况。按照该方法测试存在以下几个问题：第一、板栅制造工艺参数及结构对板栅的耐腐蚀性有一定的影响，直接用板栅来测试铅基合金的耐腐蚀性不能消除制造等影响造成的影响，不能准确的评价铅基合金的耐腐蚀性；第二、板栅耐腐蚀测试过程因高于水的分解电压，会有大量的水电解，电解液的浓度会存在不均匀，且电解质浓度会逐渐变大，是影响测试结果不稳定的一个影响因素；第三、该方法测试板栅耐腐蚀性采用的是恒流充电方法，电流密度是根据极板板面的面积来进行计算的，计算比较粗略，不能反映出板栅界面的真实电流密度，也是影响测试结果不稳定的一个因素。

因此，有必要设计研发一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明采用如下的技术方案：一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置，包括槽体、把手、用以放置对比电极和待测试电极的阳极卡槽、用以放置辅助电极的阴极卡槽、阳极接线柱、阴极接线柱、搅拌电机、液位监测器、参比电极安装孔、参比电极接线柱、搅拌桨、卡槽挡板、流动孔、补水孔，所述把手安装在槽体前后两侧的外侧壁上，所述阳极卡槽和阴极卡槽相对平行地分布在槽体内部的前后两端，所述阳极卡槽和阴极卡槽均由一对卡槽挡板组成，每对所述卡槽挡板之间的间距相同，所述卡槽挡板垂直插在槽体内，所述卡槽挡板上均匀分布有若干个流动孔，所述阳极接线柱固定安装在阳极卡槽同侧的槽体顶部的边缘位置，所述阴极接线柱固定安装在阴极卡槽同侧的槽体顶部的边缘位置，所述搅拌电机安装在槽体顶部上方的正中位置，所述搅拌电机下方连接有搅拌桨，所述搅拌桨设置在槽体内部，所述搅拌电机左侧设置有补水孔，所述搅拌电机右侧设置有参比电极安装孔，所述参比电极安装孔设置在搅拌电机与参比电极接线柱之间，所述槽体顶部的一角安装有液位监测器。

进一步的，所述槽体为测试装置的主体，优选为5mm厚的透明PC材质。

进一步的，每对所述卡槽挡板之间的间距优选为3mm。

进一步的，所述流动孔的直径为8mm。

一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置的测试方法，具体测试步骤如下：

1）制备好待测试电极、对比电极和辅助电极；将参比电极浸泡在硫酸水溶液中至少24小时；准备好测试装置；准备好具有恒压限流功能的充电测试设备作为辅助测试设备，所述充电测试设备包括正极输出线、正极电压采集线、负极输出线和负极电压采集线； 以硫酸水溶液为电解液，向槽体内添加电解液到液位120mm处；称量待测试电极和对比电极的重量分别为m1和m2；

2）将待测试电极和对比电极对称插在阳极卡槽中，将参比电极插在参比电极安装孔中，将辅助电极插在阴极卡槽中；将辅助电极与阴极接线柱相连接，将待测试电极和对比电极分别与阳极接线柱相连接，通过补水孔向槽体中补加电解液到液位125mm处将充电测试设备的正极输出线和正极电压采集线与阳极接线柱连接，充电测试设备的负极输出线与阴极接线柱连接，充电测试设备的负极电压采集线与参比电极接线柱连接，将输水软管与补水孔进行连接；

3）启动搅拌电机，设置搅拌速度为5转/min，对电解液进行搅拌；设置充电测试设备的恒压2.6V，在此恒压下连续进行72h测试；测试过程中持续搅拌，同时通过液位监测器对槽体内的电解液液面进行监测，液面降低后，从补水孔中缓慢注入纯水或者蒸馏水，保证整个测试过程中电解液液面高度为125±1mm；

4）测试完成后，将待测试电极和对比电极从阳极卡槽中取出，放入60℃的糖碱水中浸泡15min，除去表面电化学腐蚀产生的氧化物，再用自来水冲洗干净至表面光亮，之后在110℃下真空干燥30min；

5）用剪刀分别将待测试电极和对比电极的极耳剪除，称量极耳的重量分别为m3和m4，称量剩余电极的重量分别为m5和m6；

计算重量损失：

W1=（m5-m3）/（m1-m3）*100；

W2=（m6-m4）/（m2-m4）*100；

△W=（W2-W1）/W2*100；

W1为待测试电极的重量损失百分比；

W2为对比电极的重量损失百分比；

△W为待测试电极的相对耐腐蚀强度，其值为正值时，说明待测试电极的耐腐蚀性要高于对比电极，比值越高，耐腐蚀性越强；其值为负值时，说明待测试电极的耐腐蚀性要低于对比电极，比值越低，耐腐蚀性越差。

进一步的，步骤3）中，所述测试方法在通风橱中进行，同时所述测试装置需放置在25±2℃的恒温水浴中。

进一步的，步骤1）中，

待测试电极的制备方法：将待测试铅基合金熔化，浇铸成10mm厚的铅块，经过多级辊压，将铅块制备成厚度2.5mm且表面粗糙度Ra＜3μm的铅板，再将铅板裁切成60*120mm的极片，同时极片的上部留有宽度6mm，长度20mm的极耳；

对比电极的制备方法：选取已测试符合电池使用合金标准并经过实际应用符合电池正常使用寿命周期内耐腐蚀性设计要求的铅合金，采用与待测试电极相同的制备方法；

辅助电极的制备方法：选取铅含量为99.994%的电解铅，采用与待测试电极相同的制备方法，制备得到辅助电极。

进一步的，步骤1）中，所述硫酸水溶液由分析纯硫酸和蒸馏水配制而成，此时硫酸水溶液为1.35±0.01g/ml；所述参比电极优选为镉电极。

进一步的，步骤2）中，所述输水软管内通入的为电导率＜1μS/cm的纯水或蒸馏水；所述参比电极、辅助电极、待测试电极和对比电极所用到的连接构件均为自身的极耳。

进一步的，所述糖碱水的葡萄糖、烧碱、水的质量比为1:5:50。

本发明的有益效果是：本发明中的辅助电极，使测试方法中的电路能够形成一个完整闭合的电路；本发明中的参比电极是标准电极，电势稳定，用于测量正极电势；本发明的测试装置及测试方法，测试结果重现性好、测试周期短、简单快捷，可用于快速对铅基合金及铅基合金加工工艺的评价。

附图说明

图1为本发明测试装置的结构示意图。

图2为本发明测试装置的立体图。

图3为本发明搅拌桨的整体示意图。

图4为本发明卡槽挡板的整体示意图。

图5为本发明测试方法的整体示意图。

图6为本发明待测试电极的结构示意图。

其中：1、槽体，2、把手，3、阳极卡槽，4、阴极卡槽，5、阳极接线柱，6、阴极接线柱，7、搅拌电机，8、液位监测器，9、参比电极，10、参比电极接线柱，11、搅拌桨，12、卡槽挡板，13、流动孔，14、辅助电极，15、对比电极，16、测试电极，17、补水孔，18、参比电极安装孔，19、电磁阀，20、电磁阀数据线，21、控制中心，22、液面检测器数据线，23、充电测试设备，24、充电测试设备数据线，25、正极输出线，26、负极输出线，27、正极电压采集线，28、负极电压采集线，29、极耳，30、蓄水桶，31、输水软管，32、测试装置。

具体实施方式

如图1-6所示，一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置，包括作为测试装置主体的槽体1、把手2、用以放置对比电极15和待测试电极16的阳极卡槽3、用以放置辅助电极14的阴极卡槽4、阳极接线柱5、阴极接线柱6、搅拌电机7、液位监测器8、参比电极安装孔18、参比电极接线柱10、搅拌桨11、卡槽挡板12、流动孔13、补水孔17，槽体1为5mm厚的透明PC材质，把手2安装在槽体1前后两侧的外侧壁上，阳极卡槽3和阴极卡槽4相对平行地分布在槽体1内部的前后两端，阳极卡槽3和阴极卡槽4均由一对卡槽挡板12组成，每对卡槽挡板12之间的间距为3mm，卡槽挡板12垂直插在槽体1内，卡槽挡板12上均匀分布有若干个流动孔13，流动孔13的直径为8mm，流动孔13用于电解液的流动交换，阳极接线柱5固定安装在阳极卡槽3同侧的槽体1顶部的边缘位置，阴极接线柱6固定安装在阴极卡槽4同侧的槽体1顶部的边缘位置，搅拌电机7安装在槽体1顶部上方的正中位置，搅拌电机7下方连接有搅拌桨11，搅拌桨11设置在槽体1内部，搅拌电机7左侧设置有补水孔17，搅拌电机7右侧设置有参比电极安装孔18，参比电极安装孔18设置在搅拌电机7与参比电极接线柱10之间，槽体1顶部的一角安装有液位监测器8。

一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置的测试方法，具体测试步骤如下：

1）制备好待测试电极16、对比电极15和辅助电极14；

待测试电极16的制备方法：将待测试铅基合金熔化，浇铸成10mm厚的铅块，经过多级辊压，将铅块制备成厚度2.5mm且表面粗糙度Ra＜3μm的铅板，再将铅板裁切成60*120mm的极片，同时极片的上部留有宽度6mm，长度20mm的极耳29；

对比电极15的制备方法：选取已测试符合电池使用合金标准并经过实际应用符合电池正常使用寿命周期内耐腐蚀性设计要求的铅合金，采用与待测试电极16相同的制备方法；

辅助电极14的制备方法：选取铅含量为99.994%的电解铅，采用与待测试电极16相同的制备方法，制备得到辅助电极14，使测试方法中的电路能够形成一个完整闭合的电路。

选取镉电极作为参比电极9，将参比电极9浸泡在1.35±0.01g/ml的由分析纯硫酸和蒸馏水配制而成的硫酸水溶液中至少24小时；参比电极9是标准电极，电势稳定，用于测量正极电势；

准备好测试装置；

准备好具有恒压限流功能的充电测试设备23作为辅助测试设备，充电测试设备23包括正极输出线25、正极电压采集线27、负极输出线26和负极电压采集线28；

以硫酸水溶液为电解液，通过槽体 1顶部或者补水孔17向槽体1内添加电解液到液位120mm处；

称量待测试电极16和对比电极15的重量分别为m1和m2；

2）将待测试电极16和对比电极15对称插在阳极卡槽3中，将参比电极9插在参比电极安装孔18中，将辅助电极14插在阴极卡槽4中；将辅助电极14与阴极接线柱6相连接，将待测试电极16和对比电极15分别与阳极接线柱5相连接；通过补水孔17向槽体1中补加电解液到液位125mm处；将充电测试设备23的正极输出线25和正极电压采集线27与阳极接线柱5连接，充电测试设备23的负极输出线26与阴极接线柱6连接，充电测试设备23的负极电压采集线28与参比电极接线柱10连接，将电磁阀19控制着的输水软管31与补水孔17进行连接；参比电极9、辅助电极14、待测试电极16和对比电极15所用到的连接构件均为自身的极耳29；

3）将测试装置32需放置在25±2℃的恒温水浴中，启动搅拌电机7，设置搅拌速度为5转/min，对电解液进行搅拌；

控制中心21通过充电测试设备数据线24向充电测试设备23发送测试程序，充电测试设备23的运行数据可通过充电测试设备数据线24反馈给控制中心21，并进行记录保存；液位监测器8通过对液位的检测，通过液位监测器数据线22将信息传达给控制中心21，控制中心21通过反馈的数据，通过电磁阀数据线20来控制电磁阀19的开关，从而控制测试装置32中电解液、纯水或者蒸馏水的补加或停止补加；

设置充电测试设备23的恒压2.6V，在此电压下连续进行72h的测试；测试过程中持续搅拌，同时通过液位监测器8对槽体1内的电解液液面进行监测，液面降低后，从补水孔17中缓慢注入蓄水桶30中的电导率＜1μS/cm的纯水或者蒸馏水，保证整个测试过程中电解液液面高度为125±1mm，且因测试过程中有大量的氧气、氢气和含酸水蒸气释放，测试全程在通风橱中进行，；

4）测试完成后，将待测试电极16和对比电极15从阳极卡槽3中取出，放入60℃的糖碱水中浸泡15min，除去表面电化学腐蚀产生的二氧化铅、氧化铅、硫酸铅此类氧化物，再用自来水冲洗干净至表面光亮，之后在110℃下真空干燥30min；其中，60℃的糖碱水的葡萄糖、烧碱、水的质量比为1:5:50；

5）用剪刀分别将待测试电极16和对比电极15的极耳29剪除，称量极耳29的重量分别为m3和m4，称量剩余电极的重量分别为m5和m6；

计算重量损失：

W1=m5-m3/m1-m3*100；

W2=m6-m4/m2-m4*100；

△W=W2-W1/W2*100；

W1为待测试电极16的重量损失百分比；

W2为对比电极15的重量损失百分比；

△W为待测试电极16的相对耐腐蚀强度，其值为正值时，说明待测试电极16的耐腐蚀性要高于对比电极15，比值越高，耐腐蚀性越强；其值为负值时，说明待测试电极16的耐腐蚀性要低于对比电极15，比值越低，耐腐蚀性越差。

将待测试合金按照本发明的制备方法进行制备样品5个，并与同一对比合金进行对比测试；同时将待测试合金按照常规方法制备成板栅，用恒流的方法进行测试耐腐蚀性。

测试结果对比如下：

常规测试方法的（%）代表按照常规方法测试重量损失百分比。

因为是同样的合金平行测试，样品1—5是同一种材料，而从测试结果中，同种方法测试的5个样品之间的偏差值来比较，可看出，使用本发明提供的测试装置和测试方法测试的结果偏差小，稳定性高。

Claims (10)

1.一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置，包括槽体（1），其特征在于，还包括把手（2）、用以放置对比电极（15）和待测试电极（16）的阳极卡槽（3）、用以放置辅助电极（14）的阴极卡槽（4）、阳极接线柱（5）、阴极接线柱（6）、搅拌电机（7）、液位监测器（8）、参比电极安装孔（18）、参比电极接线柱（10）、搅拌桨（11）、卡槽挡板（12）、流动孔（13）、补水孔（17），所述把手（2）安装在槽体（1）前后两侧的外侧壁上，所述阳极卡槽（3）和阴极卡槽（4）相对平行地分布在槽体（1）内部的前后两端，所述阳极卡槽（3）和阴极卡槽（4）均由一对卡槽挡板（12）组成，每对所述卡槽挡板（12）之间的间距相同，所述卡槽挡板（12）垂直插在槽体（1）内，所述卡槽挡板（12）上均匀分布有若干个流动孔（13），所述阳极接线柱（5）固定安装在阳极卡槽（3）同侧的槽体（1）顶部的边缘位置，所述阴极接线柱（6）固定安装在阴极卡槽（4）同侧的槽体（1）顶部的边缘位置，所述搅拌电机（7）安装在槽体（1）顶部上方的正中位置，所述搅拌电机（7）下方连接有搅拌桨（11），所述搅拌桨（11）设置在槽体（1）内部，所述搅拌电机（7）左侧设置有补水孔（17），所述搅拌电机（7）右侧设置有参比电极安装孔（18），所述参比电极安装孔（18）设置在搅拌电机（7）与参比电极接线柱（10）之间，所述槽体（1）顶部的一角安装有液位监测器（8）。

2.根据权利要求1所述的一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置，其特征在于，所述槽体（1）为测试装置的主体，优选为5mm厚的透明PC材质。

3.根据权利要求1所述的一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置，其特征在于，每对所述卡槽挡板（12）之间的间距优选为3mm。

4.根据权利要求1所述的一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置，其特征在于，所述流动孔（13）的直径为8mm。

5.一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置的测试方法，其特征在于，具体测试步骤如下：

制备好待测试电极（16）、对比电极（15）和辅助电极（14）；将参比电极（9）浸泡在硫酸水溶液中至少24小时；准备好测试装置；准备好具有恒压限流功能的充电测试设备（23）作为辅助测试设备，所述充电测试设备（23）包括正极输出线（25）、正极电压采集线（27）、负极输出线（26）和负极电压采集线（28）； 以硫酸水溶液为电解液，向槽体（1）内添加电解液到液位120mm处；称量待测试电极（16）和对比电极（15）的重量分别为m1和m2；

将待测试电极（16）和对比电极（15）对称插在阳极卡槽（3）中，将参比电极（9）插在参比电极安装孔（18）中，将辅助电极（14）插在阴极卡槽（4）中；将辅助电极（14）与阴极接线柱（6）相连接，将待测试电极（16）和对比电极（15）分别与阳极接线柱（5）相连接，通过补水孔（17）向槽体（1）中补加电解液到液位125mm处将充电测试设备（23）的正极输出线（25）和正极电压采集线（27）与阳极接线柱（5）连接，充电测试设备（23）的负极输出线（26）与阴极接线柱（6）连接，充电测试设备（23）的负极电压采集线（28）与参比电极接线柱（10）连接，将输水软管（31）与补水孔（17）进行连接；

启动搅拌电机（7），设置搅拌速度为5转/min，对电解液进行搅拌；设置充电测试设备（23）的恒压2.6V，在此恒压下连续进行72h测试；测试过程中持续搅拌，同时通过液位监测器（8）对槽体（1）内的电解液液面进行监测，液面降低后，从补水孔（17）中缓慢注入纯水或者蒸馏水，保证整个测试过程中电解液液面高度为125±1mm；

测试完成后，将待测试电极（16）和对比电极（15）从阳极卡槽（3）中取出，放入60℃的糖碱水中浸泡15min，除去表面电化学腐蚀产生的氧化物，再用自来水冲洗干净至表面光亮，之后在110℃下真空干燥30min；

用剪刀分别将待测试电极（16）和对比电极（15）的极耳（29）剪除，称量极耳（29）的重量分别为m3和m4，称量剩余电极的重量分别为m5和m6；

计算重量损失：

W1=（m5-m3）/（m1-m3）*100；

W2=（m6-m4）/（m2-m4）*100；

△W=（W2-W1）/W2*100；

W1为待测试电极（16）的重量损失百分比；

W2为对比电极（15）的重量损失百分比；

△W为待测试电极（16）的相对耐腐蚀强度，其值为正值时，说明待测试电极（16）的耐腐蚀性要高于对比电极（15），比值越高，耐腐蚀性越强；其值为负值时，说明待测试电极（16）的耐腐蚀性要低于对比电极（15），比值越低，耐腐蚀性越差。

6.根据权利要求5所述的一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置的测试方法，其特征在于，步骤3）中，所述测试方法在通风橱中进行，同时所述测试装置（32）需放置在25±2℃的恒温水浴中。

7.根据权利要求5所述的一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置的测试方法，其特征在于，步骤1）中，

待测试电极（16）的制备方法：将待测试铅基合金熔化，浇铸成10mm厚的铅块，经过多级辊压，将铅块制备成厚度2.5mm且表面粗糙度Ra＜3μm的铅板，再将铅板裁切成60*120mm的极片，同时极片的上部留有宽度6mm，长度20mm的极耳（29）；

对比电极（15）的制备方法：选取已测试符合电池使用合金标准并经过实际应用符合电池正常使用寿命周期内耐腐蚀性设计要求的铅合金，采用与待测试电极（16）相同的制备方法；

辅助电极（14）的制备方法：选取铅含量为99.994%的电解铅，采用与待测试电极（16）相同的制备方法，制备得到辅助电极（14）。

8.根据权利要求5所述的一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置的测试方法，其特征在于，步骤1）中，所述硫酸水溶液由分析纯硫酸和蒸馏水配制而成，此时硫酸水溶液为1.35±0.01g/ml；所述参比电极（9）优选为镉电极。

9.根据权利要求5所述的一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置的测试方法，其特征在于，步骤2）中，所述输水软管（31）内通入的为电导率＜1μS/cm的纯水或蒸馏水；所述参比电极（9）、辅助电极（14）、待测试电极（16）和对比电极（15）所用到的连接构件均为自身的极耳（29）。

10.根据权利要求5所述的一种铅基合金耐电化学腐蚀测试装置的测试方法，其特征在于，步骤4）中，所述糖碱水的葡萄糖、烧碱、水的质量比为1:5:50。

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