Способ изготовления цилиндрических корпусов щелочных химических источников тока

 

Использование: производство химических источников тока. Сущность изобретения: стальную ленточную основу никелируют с одной или с обеих сторон, при толщине каждого слоя покрытия, равной 0,01-0,05 толщины заготовки, вырубают кружок заготовки и производят многопереходную вытяжку корпуса. По крайней мере одну из операций вытяжки производят с утонением стенки заготовки при степени деформации на данном переходе не менее 15%. Между операциями вытяжки могут быть проведены утонения дна при такой же степени деформации и, по крайней мере, один отжиг в инертной среде при 600-850^oC. Это обеспечивает повышение производительности и уменьшение брака. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области производства химических источников тока и касается способа изготовления цилиндрического корпуса щелочного элемента, служащего одновременно и положительным электродом, представляющим собой полый стальной цилиндрический стакан с никелевым покрытием.

Один из способов защиты внутренней поверхности корпусов химических элементов использование никелевого покрытия, осуществляющего надежную антикоррозионную защиту стальной основы от щелочного электролита. При этом покрытие может наноситься как на исходный материал, из которого в дальнейшем изготавливаются корпуса, так и на готовые корпуса.

Известен способ изготовления цилиндрического корпуса щелочного элемента, заключающийся в вытяжке полых цилиндров и последующем их гальваническом никелировании (Дамье В.Н. Рысухин Н.Ф. "Производство гальванических элементов и батарей", М. Высшая школа, 1970, с. 168-173, 251-269.) У получаемых по данному способу корпусов внутренняя поверхность не имеет равномерного сплошного покрытия, что приводит к коррозии основы. В то же время, толщина покрытия внешней поверхности корпуса велика, что приводит к повышенному расходу Ni. К недостаткам данного способа можно отнести и низкую адгезию покрытия к основе, вследствие большого содержания пор, а также большое электрическое сопротивление границы раздела основы и покрытия, вследствие образования оксидных никелевых слоев определенной структуры, что увеличивает внутреннее сопротивление элемента.

Наиболее целесообразно, с точки зрения получения равномерного покрытия внутренней поверхности корпуса, использование предварительного нанесения покрытия на материал, из которого изготовляется корпус.

Известен способ изготовления цилиндрического корпуса щелочного элемента, выбранный в качестве прототипа, согласно которому сначала производят никелирование нагретой стальной основы осаждением паров никеля в вакууме, после чего осуществляют глубокую вытяжку корпусов (а. с. N 750579, кл. H 01M 2/02). По данному способу толщина стенки корпуса точно соответствует толщине ленты, из которой осуществляется вытяжка. Стремление к более тонким стенкам корпуса элементов обуславливает использование более тонкой ленты, при изготовлении которой должна соблюдаться высокая степень равномерности физико-механических свойств (пределы прочности, текучести и т.п.) и толщины. Однако, трудно получить тонкое и равномерное по ширине ленты покрытие. Любые дефекты на ленте приводят к неравномерности течения металла и к шелушению покрытия, что в свою очередь, приводит к высокому проценту брака.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности процесса, уменьшение брака, а также повышение качества никелевого покрытия корпусов химических элементов.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения цилиндрических корпусов щелочных химических источников тока, включающем получение заготовки путем никелирования одной или обеих сторон стальной ленточной основы и вытяжку корпусов из никелированной основы, заготовку берут с толщиной равной 1,15^oC8 толщин стенки готового изделия, с толщиной каждого слоя никелевого покрытия равной 0,01^oC0,05 толщины заготовки, осуществляют операцию вырубки кружка заготовки, а вытяжку проводят за несколько переходов, причем, по крайней мере, одну операцию вытяжки производят с утонением стенки изделия при степени деформации на данном переходе не менее 15% Для снятия внутренних напряжений в слоях между штамповочными операциями проводят, по крайней мере, одну термохимическую операцию в инертной среде при температуре 600^oC850^oC.

При необходимости, перед последней операцией вытяжки проводят утонение дна полуфабриката.

Нанесение никелевого покрытия на основу может быть осуществлено любым из известных методов, например, электрохимическим осаждением, напылением или плакированием. Последний метод предпочтителен, поскольку позволяет осуществить никелирование одной из сторон основы, в последующем из которой формируют внутреннюю поверхность корпуса элемента. В этом случае после изготовления изделия на его внешнюю поверхность может наносится защитное лаковое покрытие.

Нижний предел толщины заготовки, равный 1,15 толщины стенки готового изделия, обусловлен возможностью проведения, по крайней мере, одной операции вытяжки с утонением стенки заготовки, верхний предел равный 8 толщинам стенки готового изделия обусловлен экономической целесообразностью проведения числа переходов вытяжки с утонением и предельными значениями деформации на каждом переходе.

Диапазон соотношения толщин слоя покрытия и заготовки обусловлен формированием при вытяжке с утонением минимальной гарантированной толщины и сплошности защитного никелевого покрытия.

Число переходов вытяжки прежде всего обусловлено соотношением высоты корпуса готового изделия к его диаметру, т.е. типоразмером элемента, а также толщиной исходной заготовки и предельной степенью деформации на одном переходе, обусловленной запасом пластичности материала.

Минимальное значение степени деформации при вытяжке с утонением стенки, равное 15% обусловлено тем, что при меньших значениях напряжения наблюдается отслаивание никелевого покрытия от стальной основы, вызванное различными значениями тангенциальных напряжений сжатия никеля и стали. При больших значениях степени деформации утоненной стенки полуфабриката нормальное напряжение сжатия не только компенсирует различие тангенциальных напряжений покрытия и основы, но и приводит к дополнительному скреплению покрытия и основы.

Кроме того, проведение операций вытяжки с утонением стенки со степенью деформации более 15% позволяет выравнивать физико-механические свойства в области границы раздела фаз, повышая прочность соединения покрытия со стальной основой, и выравнивать толщину покрытия. Это своего рода дополнительная операция плакирования.

Промежуточные термохимические операции при температуре 600-850^oC необходимы для снятия внутренних напряжений в слоистом материале. Проведение термохимических операций в инертной среде позволяет исключить окисление тонкой пленки никеля при данных температурах.

Пример 1.

Для получения корпуса щелочного химического элемента A316 диаметром 13,7 мм, высотой 50 мм и толщиной стенки 0,15 мм брали полосу толщиной 1,2 мм, шириной 320 мм. Полоса имела основу из стали 11ЮА и покрытие из никеля НП-2 толщиной 0,03 мм, выполненное с одной ее стороны методом холодного плакирования в прокатном стане.

После вырубки заготовки диаметром 26 мм произвели пять вытяжных операций с одновременным утонением стенки со степенями деформации от 18% до 30% на каждой операции до получения толщины стенки 0,15 мм с никелированной поверхностью внутрь. При этом толщина никелевого покрытия по высоте готового изделия колебалась от 0,004 мм до 0,008 мм.

После первой операции вытяжки производим утонение дна изделия со степенью деформации 50% до получения дна толщиной 0,6 мм, причем толщина никелевого покрытия в донной части составила в среднем 0,016 мм.

После второй операции вытяжки произвели отжиг полуфабриката в печи с нейтральным газом (NH₃) при температуре 620-650^oC.

Для реализации вытяжных операций использовали смазку, основанную на стеаратах жирных кислот, благодаря которой было устранено налипание никеля на инструмент при вытяжке.

Окончательными механическими операциями были: обрезка кромки, формовка и калибровка дна. После промывки, сушки, покрытия лаком внешней стальной поверхности корпус готов к использованию при сборке элемента.

Пример 2.

Для получения корпуса щелочного химического элемента А286 диаметром 10 мм, высотой 40 мм и толщиной стенки 0,15 мм брали полосу толщиной 0,8 мм, шириной 320 мм. Полоса имела основу из стали 11ЮА и двухстороннее покрытие из никеля НП-2 толщиной каждого слоя 0,02 мм, выполненное методом холодного плакирования в прокатном стане.

Кружок заготовки вырубали диаметром 27 мм, а изделие получали за четыре вытяжных операции с утонением стенки со степенями деформации от 18% до 25% на каждой операции до получения толщины стенки изделия, равной 0,15 мм. При этом толщина никелевого покрытия на внешней поверхности корпуса колебалась от 0,006 мм до 0,011 мм, а внутри корпуса от 0,009 мм до 0,012 мм. Утонение дна производили до толщины 0,4 мм, т.е. со степенью деформации 43% Величина донного никелевого покрытия составляла 0,012^oC0,016 мм.

Смазка для вытяжных операций использовалась та же, что и в примере 1.

Последними операциями были: обрезка кромки, формовка дна и коническая раздача кромки. После обезжиривания, промывки и сушки корпус готов для использования при сборке элемента.

К преимуществам данного способа можно отнести возможность получения изделия с толщиной стенки, не зависящей от толщины исходного материала. Снижение требований к исходному материалу, так как способ позволяет компенсировать физико-механические дефекты исходного материала, и получать гарантированную толщину стенки корпуса до 0,15 мм. Данный способ позволяет получать изделия с утолщенным дном и мест перегибов, что исключает отрыв дна на операциях вытяжки. Все это приводит к повышению качества получаемых изделий и уменьшение брака. Кроме того, данный способ легко поддается автоматизации, что повышает производительность процесса.

Формула изобретения

1. Способ изготовления цилиндрических корпусов щелочных химических источников тока, включающий никелирование одной или обеих сторон стальной ленточной основы, вырубку кружка заготовки и последующую многопереходную вытяжку корпуса, отличающийся тем, что толщину заготовки выбирают равной 1,15-8 толщины стенки готового изделия, толщину каждого слоя покрытия выбирают равной 0,01-0,05 толщины заготовки и по крайней мере одну операцию вытяжки производят с утонением стенки заготовки при степени деформации на данном переходе не менее 15% 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между операциями вытяжки проводят утонение дна при степени деформации не менее 15% 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что между операциями вытяжки проводят по крайней мере один отжиг в инертной среде при температуре 600-850^oC.