一种高强度、耐腐蚀薄壁电池锌筒及其制造方法技术

本发明专利技术公开了高强度、耐腐蚀薄壁电池锌筒，其特征在于构成锌筒的锌合金组成以重量百分数计为：镁0.001~0.003%、钛0.003~0.010%、铝0.001~0.010%、铟0~0.010%、铅0~0.150%、镉0~0.002%，其余为锌及原料带来的不可避免的杂质；其中不可避免的杂质的总含量在0.010%以下，且不可避免的杂质中铁≤0.003%、铜≤0.001%、锡≤0.001%。制备方法包括：450~550℃金属熔化；430~480℃以50~70℃/秒的冷却速度在轮铸机中结晶为锌厚板；150~220℃条件下压延、轧制为锌薄板；25~120℃条件下冲制为电池锌饼；25~120℃条件下反挤压为薄壁电池锌筒。本发明专利技术锌筒在壁厚减少20~40%时仍具有良好的机械强度、耐腐蚀性和放电特性，不但节约了锌资源，而且更加有效的降低了电池生产成本，也有利于环境保护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锌锰电池的负极材料，特别是。
技术介绍
电池锌筒是锌锰电池的常用负极材料。其在电池中既是电极反应的活性物质，又是电池的容器。当与电解液接触后迅速提供电量，逐步消耗锌，从而使锌筒变薄，电池存放期间，锌筒还会产生自腐蚀，造成电池容量降低或电性能变坏，严重时还可能穿孔。锌筒在制造过程中，将历经轧制、冲切及挤压等工序。故锌筒材料应具备良好的塑性加工性能、合适的机械强度以及较好的耐腐蚀性能,并能保持锌筒高的电化学性能。这些特性主要跟锌基合金的组成有关，其次是制造工艺，如熔化、铸造、轧制、冲切、挤压的各种温度和速度，以及加工比、设备精度等。为了保证锌锰电池的机械强度、耐腐蚀性能和放电特性，常规的电池锌筒壁厚要求为0.25、.35mm，锌筒的抗变形强度为2.5^4.0kg/f，用于制备锌筒的锌饼的布氏硬度为HB38 45度。实际上，当锌锰电池完全放电后，锌筒中的锌的消耗量一般为25 30%，即锌筒的壁厚减薄了约25 30%，其余大部分的锌资源被用于锌锰电池的机械强度和耐腐蚀性需要而当成废物丢弃。为了节约锌资源，有人研究了注塑锌筒电池，即用塑料来代替部分锌，以节约锌资源。但是，塑料电池锌筒的机械强度会下降，而且增加锌筒的制造工序和生产成本，在现实生产中未能得到应用和推广。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高强度、耐腐蚀的薄壁电池锌筒，使锌筒壁厚在相对于现有锌筒显著减少的情况下，仍可保持与现有技术中锌筒相当的机械强度、耐腐蚀性和电性能。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种高强度、耐腐蚀的薄壁电池锌筒的制造方法。本专利技术高强度、耐腐蚀薄壁电池锌筒，构成锌筒的锌合金组成以重量百分数计为:镁 0.00 1 0.003%、钛 0.003 0.010%、铝 0.001 0.010%、铟 0 0.010%、铅 0 0.150%、镉(T0.002%，其余为锌及原料带来的不可避免的杂质；其中不可避免的杂质的总含量在0.010%以下，且不可避免的杂质中铁彡0.003%、铜彡0.001%、锡彡0.001%。所述锌合金制成的电池锌饼的晶粒度为0.l(Tl0um。所述锌合金制成的电池锌饼的布氏硬度为HB42 50度。所述锌筒的壁厚为0.12^0.24mm,抗变形强度为2.5^4.0kg/f。本专利技术制备高强度、耐腐蚀薄壁电池锌筒的方法，包括以下步骤:(I)将锌锭在熔锌炉于45(T550°C完全熔化后，加入镁、钛、铝等合金组成元素，并熔化均匀；(2)铸造温度43(T480°C，以5(T70°C /秒的冷却速度，在轮铸机中结晶为锌厚板；(3)在15(T220°C条件下压延、轧制为锌薄板；(4)在25 120°C条件下冲制为电池锌饼；(5)在25 120°C条件下反挤压为薄壁电池锌筒。所述钛是以锌钛合金的形式加入所述熔锌炉的。所述锌钛合金以重量百分数计是含1一5%钛的锌钛合金。本专利技术的思路是:把电池锌筒的机械强度、硬度和耐腐蚀性能显著提高，那么锌筒的壁厚即可以大幅度减薄，进而达到减少锌资源消耗，并可以减轻电池废弃物对环境影响。基于上述专利技术思路，本专利技术的专利技术人着重研究了提高锌筒机械强度的技术路线，同时兼顾耐腐蚀性能和电性能，发现在锌筒材料中添加适量的比锌熔点高的金属元素，具有提高锌饼硬度和锌筒抗变形强度的效果。如钙、镁、钛、锰、铁、镍、铝等。上述金属元素在锌合金铸造结晶时优先以固熔体与锌结合，形成细小的晶体，在结晶过程中，对锌晶体的冷却速度越快，形成的细小晶体越多。同时研究中发现，将上述形成的细小晶体在控制再结晶温度下，进行压延碾轧，使晶粒之间结合更加严实，可有效增强锌筒硬度、韧性和抗变形强度。由于薄壁电池锌筒的另一项需解决的是耐腐蚀性，虽然细小的晶粒和严实的晶间，提高了锌筒耐腐蚀性，但是锌筒中添加的金属元素性能差异及含量多少，对锌的腐蚀性能相关。本专利技术人研究发现比锌的电位较正的金属元素与锌熔结后在电池储存过程中会产生自放电，局部处腐蚀成蚀点产生 气体，会造成气胀甚至造成电池穿孔漏夜，比锌电位正的杂质金属含量越多，自放电现象会越严重。同时发现，比锌电位负的金属元素，在同介质接触面中也有电偶电流，这是因为比锌电位负的金属元素先被熔解。如果这些先被熔解的金属元素对锌形成了钝化保护膜，则抑制了锌的进一步腐蚀。该保护膜对锌筒局部腐蚀点有自愈修补作用。研究时还发现在锌筒中添加的金属元素还必须具有析氢电位高的特性，这些析氢电位较高的金属元素分布在锌晶体的晶间隙中。当电池储存或放电时可减小析氢反应，降低锌筒氢去极化腐蚀，防止氢气膨胀造成对锌筒机械强度的影响。本专利技术在现有的电池工艺不变(此处所说工艺不变指的是基本工艺流程不变，而不包括加工温度、冷却速度等)的基础上，不但节约了锌资源，而且更加有效的降低了电池生产成本，对于环境保护能起到非常大的作用。试验表明，本专利技术薄壁锌筒在相对于现有锌筒壁厚减少2(T40%时仍可保持现有技术中锌筒所能达到的机械强度、耐腐蚀性和放电特性效果。具体实施例方式以下通过结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例中以R6锌锰电池锌筒为试样，但并非限制其他规格的薄壁锌筒。根据现有技术工艺电池锌筒的生产顺序是先制成电池锌饼,然后挤压成电池锌筒，所以电池锌饼的硬度和耐腐蚀性间接反映了电池锌筒的抗变形强度和耐腐蚀性能，也间接决定了锌锰电池的放电储存性能。如无特别说明，本专利技术实施例中原料带来的不可避免的杂质的总含量均在0.010%以下，实施例及对比例中合金组成均为重量百分含量。实施例1本组实施例考察在锌中添加比锌熔点高，且电位比锌负的金属，如、镁、钛、铝对锌饼硬度和耐腐蚀性的变化，锌饼的布氏硬度测量方法按CTB231规定。锌饼的耐腐蚀性是将锌饼清洁烘干后称重，然后放入10%稀盐酸液中浸泡I小时后，洗净、干燥、冷却后称重，计算出腐蚀失重率。锌饼的制作方法是:选用高品位0#锌锭，控制原料锌中铁〈0.001%,铜〈0.001%,锡〈0.001%，镉〈0.002%，铅〈0.003%。将上述锌锭放入熔锌炉中加温至48(T550°C完全熔化后，分别加入镁、钛(含lwt%钛的钛锌合金)、铝金属元素。按常规工艺制造成电池锌饼，锌饼的布氏硬度和腐蚀失重率如表I所示。表权利要求1.一种高强度、耐腐蚀薄壁电池锌筒，其特征在于构成锌筒的锌合金组成以重量百分数计为:镁 0.001 0.003%、钛 0.003 0.010%、铝 0.001 0.010%、铟 0 0.010%、铅 0 0.150%、镉(T0.002%，其余为锌及原料带来的不可避免的杂质；其中不可避免的杂质的总含量在0.010%以下，且不可避免的杂质中铁彡0.003%、铜彡0.001%、锡彡0.001%。2.根据权利要求1所述的电池锌筒，其特征在于所述锌合金制成的电池锌饼的晶粒度为 0.10 10um。3.根据权利要求1或2所述的电池锌筒，其特征在于所述锌合金制成的电池锌饼的布氏硬度为HB42 50度。4.根据权利要求1或2所述的电池锌筒，其特征在于所述锌筒的壁厚为0.12^0.24mm,抗变形强度为2.5 4.0kg/f。5.一种制备如权利要求1所述的高强度、耐腐蚀薄壁电池锌筒的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将锌锭在熔锌炉于45(T550°C完全熔化后，加入镁、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度、耐腐蚀薄壁电池锌筒，其特征在于构成锌筒的锌合金组成以重量百分数计为：镁0.001~0.003%、钛0.003~0.010%、铝0.001~0.010%、铟0~0.010%、铅0~0.150%、镉0~0.002%，其余为锌及原料带来的不可避免的杂质；其中不可避免的杂质的总含量在0.010%以下，且不可避免的杂质中铁≤0.003%、铜≤0.001%、锡≤0.001%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：忻吉良，史定武，
申请(专利权)人：宁波光华电池有限公司，
类型：发明
国别省市：