一種鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的方法
【專利摘要】本發明公開了一種板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的方法，利用堿液處理在鉛柵板表面形成化學轉化膜層，并將堿液處理后的鉛柵板置于含鋁酸鈉的電解液中，鋁酸鈉水解形成的膠團會吸附在化學轉化膜層的表面，形成完整的阻擋層。微弧氧化過程中在鉛板柵表面產生微等離子體放電，使鉛柵板表面處于微等離子體的高溫高壓的作用下而發生復雜的物理化學變化，在鉛柵板基體表面生長具有較好耐蝕性能的陶瓷涂層；經過測試，本發明可以得到的三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層厚度為3μm～40μm，粗糙度Ra為1μm～5μm。三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層與基體即鉛板柵結合良好，拉伸強度≥30MPa，剪切強度為15MPa～25MPa。
【專利說明】一種鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鉛酸電池中鉛板柵的保護處理【技術領域】，更為具體地講，涉及一種在鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的方法。
【背景技術】
[0002]鉛酸電池因其價格低廉、原料易得、性能可靠和適于大電流放電等特點，成為目前世界上廣泛應用的蓄電池品種之一。
[0003]但鉛作為重金屬，除了成本外，它還存在著一定的毒性，對環境和人體都有不同程度的危害。且鉛酸電池壽命較短，廢舊的鉛酸電池對環境產生較大的污染。所以延長鉛酸電池的壽命，不僅可以降低運行成本，還是環保的需要，也是拓展鉛酸蓄電池的應用領域所面臨的一個重要問題。
[0004]造成鉛酸電池失效的原因很多，鉛酸電池的鉛板柵被腐蝕，尤其是正極鉛板柵被腐蝕是造成鉛酸電池失效的一種常見原因。鉛酸電池在使用過程中正極鉛板柵因陽極極化而產生的嚴重的晶間腐蝕，嚴重的晶間腐蝕會導致正極鉛板柵的變形和伸長，從而減小了鉛板柵與活性物質的接觸面積，使鉛酸電池的電容量下降和鉛酸電池使用壽命的縮短，最終導致鉛酸電池的過早失效。所以需要在鉛酸電池的鉛板柵表面形成保護層，延緩鉛酸電池中鉛板柵的腐蝕，延長鉛酸電池的使用壽命。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的方法，以延緩鉛酸電池中的鉛板柵表面的晶間腐蝕，避免鉛板柵因嚴重的晶間腐蝕而導致的鉛酸電池的過早失效，延長鉛酸電池使用壽命。
[0006]為實現以上目的，本發明鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007](I)、將用于鉛酸電池的鉛柵板的表面用砂紙打磨除去氧化皮，然后用蒸餾水沖洗；
[0008](2)、將10~80g/L氫氧化鈉或氫氧化鉀溶于蒸餾水中配制成溶液；
[0009](3)、將步驟(1)中處理后的鉛柵板置于步驟(2)配制的溶液中，利用水浴加熱到30°C~100°C，處理時間為0.5h~24h，在鉛柵板表面制備出化學轉化膜層；
[0010](4)、按鋁酸鈉濃度為3g/L~30g/L和添加劑濃度為0.5~10g/L稱取鋁酸鈉和添加劑，溶于蒸餾水中配置成電解液；
[0011](5)、將經步驟(3)處理的鉛柵板置于裝有步驟(4)配制電解液的不銹鋼槽體中，以鉛柵板做陽極、不銹鋼槽體為陰極，采用脈沖微弧氧化電源供電，進行微弧氧化處理10min-60min，即可在鉛柵板表面原位生長出三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層。
[0012]其中，所述鉛柵板為鉛銻合金，銻的質量分數為0.5-6% ;或鉛鈣合金，鈣的質量分數為 0.06%-0.10%O
[0013]所述添加劑為磷酸二氫鈉、多聚磷酸鈉、高錳酸鉀、硅酸鈉中的一種或其中幾種的組合；
[0014]本發明的目的是這樣實現的:
[0015]微弧氧化技術是一種在閥金屬及其合金表面原位生長陶瓷層的技術。微弧氧化過程中，將Al，Mg，Ti等閥金屬樣品放入電解液中，通電后在金屬表面會立即生成很薄的一層阻擋層，形成完整的絕緣膜是進行微弧氧化處理的必要條件。鉛合金在微弧氧化過程中往往很難生成完整的阻擋層。在本發明中，利用堿液處理在鉛柵板表面形成化學轉化膜層，并將堿液處理后的鉛柵板置于含鋁酸鈉的電解液中，鋁酸鈉水解形成的膠團會吸附在化學轉化膜層的表面，形成完整的阻擋層。
[0016]微弧氧化過程中在鉛板柵表面產生微等離子體放電，使鉛柵板表面處于微等離子體的高溫高壓的作用下而發生復雜的物理化學變化，在鉛柵板基體表面生長具有較好耐蝕性能的陶瓷涂層；且微弧氧化放電擊穿是一個瞬間的高溫高壓過程對基體本體固有的結構和力學性能幾乎沒有影響。涂層的厚度、相組成可以通過調整工藝參數(電參數、電解質等)在較寬的范圍內可控。本發明設備簡單、操作方便，經濟高效，生產過程中無需氣氛保護或真空條件，制備過程無環境污染性廢液及廢氣的排放是一種綠色環保型制備方法。經過測試，本發明可以得到的三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層厚度為3 μ m~40 μ m，粗糙度Ra為
Iμ m~5 μ m。三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層與基體即鉛板柵結合良好，拉伸強度> 30MPa,剪切強度為15MPa~25MPa。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是實施例1中鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的表面形貌圖；`
[0018]圖2是實施例1中鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的截面形貌圖；
[0019]圖3是實施例1中鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的表面能譜圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0021]實施例1
[0022]在本實施例中，本發明鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的方法包括以下步驟:
[0023](I)、將用于鉛酸電池的鉛柵板的表面用砂紙打磨除去氧化皮，然后用蒸餾水沖洗；(2)、將50/L氫氧化鈉溶于蒸餾水中配制成溶液；(3)將步驟(1)中處理后的鉛柵板置于步驟(2)配制的溶液中，利用水浴加熱到80°C，處理時間為5h，在鉛柵板表面制備出化學轉化膜層；(4)、按鋁酸鈉濃度為10g/L和添加劑濃度為3g/L稱取鋁酸鈉和磷酸二氫鈉，溶于蒸餾水中配置成電解液；(5)、將經步驟(3)處理的鉛柵板置于裝有步驟(4)配制電解液的不銹鋼槽體中，以鉛柵板做陽極、不銹鋼槽體為陰極，采用脈沖微弧氧化電源供電，進行微弧氧化處理，即可在鉛柵板表面原位生長出三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層。
[0024]在本實施例中，所述微弧氧化處理為在脈沖電壓為250V~500V、頻率為50Hz~2000Hz、占空比為10%~45%、電解液溫度為20°C~40°C的條件下氧化IOmin~60min，即可在鉛合金表面制備含三氧化鋁和氧化鉛的陶瓷涂層。
[0025]在本實施例中，脈沖電壓為300V、頻率為500Hz、占空比為25%、電解液溫度為30°C的條件下微弧氧化30min，即在鉛柵板表面原位生長出三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層.[0026]圖1是實施例1中鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的表面形貌圖。由圖1可知三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層表面呈現出多孔的表面形貌，這種結構有利于活性物質在表面的附著。
[0027]圖2是實施例1中鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的截面形貌圖。由圖2可知三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層與鉛板柵間沒有明顯的裂紋和缺陷存在，三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層與鉛板柵結合良好。
[0028]圖3是實施例1中鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的表面能譜圖。由圖2的涂層表面能譜分析結果可知，表面生成了三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層。
[0029]三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層厚度、表面粗糙度隨著微弧氧化時間逐漸增加，微弧氧化時間在IOmin~60min為宜。
[0030]在具體實施過程中，鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層可采用不同的條件進行制備，具體如表1所示。
[0031]`
【權利要求】
1.一種鉛板柵表面原位生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟: (I )、將用于鉛酸電池的柵板的表面用砂紙打磨除去氧化皮，然后用蒸餾水沖洗； (2)、將10~80g/L氫氧化鈉或氫氧化鉀溶于蒸餾水中配制成溶液； (3)、將步驟(1)中處理后的鉛柵板置于步驟(2)配制的溶液中，利用水浴加熱到30°C~100°C，處理時間為0.5h~24h，在鉛柵板表面制備出化學轉化膜層； (4)、按鋁酸鈉濃度為3g/L~30g/L和添加劑濃度為0.5~10g/L稱取鋁酸鈉和添加劑，溶于蒸餾水中配置成電液； (5)、將經步驟(3)處理的鉛柵板置于裝有步驟(4)配制電解液的不銹鋼槽體中，以鉛柵板做陽極、不銹鋼槽體為陰極，采用脈沖微弧氧化電源供電，進行微弧氧化處理10min-60min，即可 在鉛柵板表面原位生長出三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層。
2.根據權利要求1所述生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的方法，其特征在于，所述鉛柵板為鉛銻合金，銻的質量分數為0.5-6% ;或鉛鈣合金，鈣的質量分數為0.06%-0.10%。
3.根據權利要求1所述生長三氧化鋁和氧化鉛陶瓷涂層的方法，其特征在于，所述添加劑為磷酸二氫鈉、多聚磷酸鈉、高錳酸鉀、硅酸鈉中的一種或其中幾種的組合。
【文檔編號】C23C22/60GK103628115SQ201310689711
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】唐輝, 王超, 徐豹, 陳磊 申請人:電子科技大學