铝基电镀铅锡合金轻型板栅的制备及性能研究

摘要

本实验在铝基体上电镀铅锡合金,目的是开发一种轻型板栅,用于铅酸蓄电池以减轻其质量,提高电池质量比能量；尝试引入纳米复合镀的方法,通过弥散强化的途径,提高镀层的硬度,增强电池充放电过程中承受板栅变形的能力. 电镀铅锡合金传统的镀液是氟硼酸盐镀液,但是该镀液毒性大,废水处理困难.本实验在综合了镀液性能、成本、运输、废液处理等多项指标的比较的基础上,筛选出氨磺酸盐镀液电镀铅锡合金.为分析氨磺酸镀液的性能,以氟硼酸盐镀液为参照,用霍尔槽试验和阴极极化曲线测试确定了氨磺酸镀液中铝基体上电镀铅锡合金的最佳工艺条件. 铝基电镀轻型板栅要求能够在铅酸蓄电池硫酸环境中长期连续使用,并能够表现出良好的性能,因此对镀层的质量提出了很高的要求.本实验用ESEM观察了镀层的表观形貌,两种镀液体系得到的镀层,晶粒形貌截然不同,氨基磺酸盐电镀铅锡合金结晶更致密；用疲劳弯曲实验和划痕实验测试了结合力,镀层与基体结合牢固；用线性扫描方法和浸泡实验测试了镀层的耐腐蚀性能,及用显微维氏硬度仪测试镀层的性能.结论表明,氨磺酸盐镀液中,在预镀铜的铝基体上电镀铅锡合金,镀层结合力强,耐腐蚀性好,但硬度极低,有待于提高. 免维护铅蓄电池的生产要求降低板栅合金材料中锑的含量以减小水的电解,但是无锑或低锑合金正极板栅的钝化仍然是影响密封免维护铅蓄电池深充深放电能力和电池寿命的主要原因之一.本实验研究了氨基磺酸盐铝基电镀铅锡合金镀层在硫酸溶液中的电化学行为,为改进镀层的性能提供了理论依据.通过交流阻抗测试技术(IMP)、开路电位衰退法(OCD)、线性电位扫描法、循环伏安法等等,研究了镀层在硫酸溶液中阳极膜的生长过程,阳极膜的阻抗等性能,结果表明,在镀层中加入适量的锡(1.0wt.﹪颗粒,使镀层的硬度比未复合时提高了4～5倍.

目录

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第一章绪论

1.1铅酸蓄电池的发展

1.1.1传统的铅酸蓄电池

1.1.2新型铅酸蓄电池

1.2轻型板栅

1.2.1轻型板栅的发展

1.2.2铝做轻型板栅基体的优势

1.3电镀方法制备轻型板栅

1.4铅及铅锡合金在硫酸溶液中的电化学行为

1.4.1阳极膜的性质

1.4.2铅阳极膜的生长机理

1.5纳米复合镀技术

1.5.1纳米复合镀层的形成机理

1.5.2纳米复合镀层的应用

1.5.3纳米颗粒在镀液中的分散

1.6本课题研究目的与研究内容

第二章实验方法和装置

2.1铅锡合金电镀体系

2.1.1铅锡合金镀液的制备

2.1.2铅锡合金镀液成分分析

2.1.3合金电镀小槽实验及电镀装置

2.1.4铝基铅锡合金镀层制备流程

2.2电化学测试体系

2.2.1电化学测试装置

2.2.2电解液及电极

2.2.3电化学测试方法

2.3镀层性能测定

2.3.1镀层结合力测试

2.3.2镀层成分的分析

2.3.3镀层厚度的测试（称重法测量）

2.3.4浸泡实验

2.4实验仪器和设备

2.4.1 Hull cell

2.4.2 ESEM

2.4.3硬度测试仪

第三章铝基铅锡合金电镀工艺参数和条件的确定

3.1引言

3.2实验内容和方法

3.2.1铅锡合金镀液的制备

3.2.2电镀工艺条件的确定

3.3实验结果与讨论

3.3.1阴极极化曲线测试添加剂对镀液性能的影响

3.3.2 Hull cell实验

3.4循环伏安曲线的测定

3.5本章小结

第四章铝基电镀铅锡合金镀层性能测试

4.1引言

4.2实验内容与方法

4.2.1镀层的制备与表征

4.2.2镀层耐蚀性测试

4.3实验结果与讨论

4.3.1镀层表观形貌表征

4.3.2镀层结合力测试

4.3.3温度对镀层质量和成分的影响

4.3.4电流密度对镀层质量和成分的影响

4.3.5添加剂对镀层成分的影响

4.3.6镀层耐蚀性测试

4.3.7镀层的显微维氏硬度

4.4本章小结

第五章电镀铅锡合金在硫酸溶液中的电化学性质

5.1引言

5.2实验内容与方法

5.3结果与讨论

5.3.1镀层阳极膜生长过程阻抗性能

5.3.2锡含量及生长时间对铅锡合金电极上的阳极膜的Z'vs.E及OCD曲线的影响

5.3.3锡含量对铅锡合金电极上的阳极膜的LSV曲线的影响

5.3.4锡含量对铅锡合金电极上的阳极膜的交流阻抗的影响

5.3.5锡含量对铅锡合金电极循环伏安曲线的影响

5.4本章小结

第六章纳米复合镀对硬度的影响

6.1引言

6.2实验内容与方法

6.2.1纳米复合镀镀液的制备

6.2.2纳米ZrO2纳米颗粒在溶液中分散性的表征

6.2.3纳米复合镀层的制备

6.2.4硬度测试

6.3实验结果与讨论

6.3.1分散剂对纳米颗粒分散性的影响

6.3.2纳米颗粒对镀液的阴极极化的影响

6.3.3纳米复合镀层性能的测试

6.4本章小结及工作展望

第七章结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢