摘要：研究了电沉积法制备泡沫铅的工艺，以聚氨酯泡沫为基体，经脱脂-粗化-除膜-导电化处理 后，先预镀铜然后再电沉积铅。在预镀铜过程中，考察了阴极电流密度、异极极距、镀液温度和电镀时间 对电流效率和槽电压的影响，得到了最佳的镀铜工艺参数为：阴极电流密度3.0 A/dm2 、异极极距3.5cm、
镀液温度为25 °C 、电镀时间35min。在电沉积铅过程中，考察了铅离子浓度、氟硼酸浓度、添加剂、阴 极电流密度及温度和时间等因素对电流效率、槽电压和泡沫铅产品质量的影响，确定了最佳工艺条件为：
阴极表观电流密度3.0A/dm2、镀液温度为25°C、电镀时间30~50min。在优化条件下制备的泡沫铅镀层 结晶细密、均匀，且韧性和光亮性都较好，孔隙率髙，具有三维网状结构。
关键词：泡沫铅;电镀;聚氨酯泡沫
泡沫铅是一种主要的泡沫金属，具有三维 用于铅蓄电池的电极材料。制备泡沫铅的工艺 网络结构，孔隙率高、比表面积大等特点，可 比较多，常用的有铸造法、电沉积法，泡沫冶金法、喷溅沉积法等。总的来说，渗流铸造法 制备的泡沫铅材料比较粗糙，材料的均匀性不 够理想，孔隙率较低，不适于在高性能电池中 的应用;粉末发泡法制备泡沫铅，由于发泡过 程难于控制，不稳定，很难制得孔径均一、空隙 分布均匀的产品;电沉积法工艺简单，便于工业 推广，可获得高孔隙率且孔径均匀、通孔性好的 产品，具有明显的优势，发展前景较好
如果直接在聚氨酯泡沫基体上镀铅，需要 的电镀时间长口^以上)，并且得到的泡沫铅 不均匀，镀层有厚有薄，结晶有粗有细，得到 的泡沫铅很软，容易折断，韧性和机械强度低， 不适于作为铅酸蓄电池的板栅材料【4〗。为了得到 一定厚度、韧性好，而结晶又细致、均匀，平 整性好的泡沫铅，应当在聚氨酯泡沫基体上镀 上另一种金属，这种金属不但要有较好的韧性 以增加泡沫铅的强度，还要有较好的导电性。 能满足上述要求的金属中，铜是最适合的金属。 因为铜的导电性是除金银外最好的金属，在泡 沫基体上镀铜工艺成熟，电沉积速度快，成本 低，而且铅可以在预镀铜基体上直接电镀〖5，6〗。
本研究采用电沉积法制备泡沫铅，考察了 电积铜和电积铅过程中各操作条件的电流效率 和产品质量的影响，得到了最优工艺条件，探 索出高质量泡沫铅的电沉积制备工艺。
1材料与方法
1.1仪器与试剂
仪器：硫酸铜、氯化钠、浓硫酸(98%)、OP乳化剂、黄色氧化铅、硼酸、氟硼酸等。
试剂：DZKW-4型电子恒温水浴锅、-5015型直流稳定电源、型精密 计、086-6050型真空干燥箱、自制电解槽 (200mm*100mm*100mm)。
1.2实验方法
以聚氨酯泡沫为基体，首先经脱脂、粗化、 除膜、涂覆导电胶预处理，然后以铜板为阳极, 聚氨酯泡沫为阴极进行预镀铜。镀液的组成为 011804 180 8几、贴04 54居几、就1 0.6经几、 0口乳化剂0.4 01^几。0口乳化剂是一种良好的 非离子型表面活化剂，在镀液中起着提高阴极极化，使镀层晶粒更为均勻、细致、紧密，得 到全光亮和髙度整平的镀层，消除铜镀层产生 针孔和麻点〜]。考察预镀铜过程中阴极电流密 度、异极极距、镀液温度和电镀时间对电流效 率和槽电压的影响，得到最佳的镀铜工艺参数。 最后以铜镀聚氨酯泡沫为阴极，铅板为阳极进 行电沉积实验，考察铅离子浓度、氟硼酸浓度、 添加剂、阴极电流密度及温度等因素对电流效率 和泡沫铅产品质量的影响，确定最佳工艺条件。
2预镀铜工艺研究
2.1阴极表观电流密度的影响
较小的电流密度下电镀得到的镀层一般结 晶细密，但是为了得到较厚的镀层，那么需要 的电镀时间则较长;而较大的电流密度，虽然 可以加快电沉积速度，但是过大则会使镀层粗 糖，甚至镀出海绵状的镀层。所以适合的电流 密度不但可以得到结晶细密、均匀的镀层，而 且电沉积也较快⑼。
考察阴极表观电流密度的影响(见图0， 实验操作条件为：异极极距3.5 预镀电流 密度0.7八/(^2，预镀时间10 0110，电镀时间 25 01111 ; 控制在0.5~ 1.5之间，在常温下操 作^20 - 25 ^0 ^每种镀液分别电镀4个样品。 由图1可见，阴极表观电流密度越大，槽电压 也越大。这时因为阴极表观电流密度增大会导 致阴极极化提高，并且当阴极电流密度大于允 许电流密度上限时，会出现贫液，这时镀液中 铜离子浓度低，所以槽电压会增大㈣。同时阴 极表观电流密度为时，得到的铜镀层结晶细密、均匀，镀层韧性和机械强度好, 其中在3.0人/由II2时，得到的镀层最好。
2.2镀液温度的影响
电液温度对电镀有一定影响，光亮镀铜的 操作温度是随使用的光亮剂不同而异。升髙温 度可以使用较髙的电流密度，增加溶液的导电， 镀层光亮性和整平性提高，而且韧性较好。但 是温度较高，镀层的低电流密度区会产生白雾 或发暗，甚至得不到光亮镀层;温度过低，易 在槽底及槽壁和阳极表面析出硫酸铜[―31。
考察了温度的影响(见图2〉，实验操作条 件为：异极极距3.5 0111;预镀电流密度0.7人他II2， 预镀时间10111111;阴极表观电流密度3.0 ―!!!2， 电镀时间25 1X110; 1)11控制在0.5~ 1.5之间，每 种镀液分别电镀4个样品。由图2可见，镀液 温度对电流效率影响很小，而且几乎保持在 9870左右。镀液温度越高，槽电压越低。因为 镀液温度越高，那么导电离子运动速度越快， 所以槽电压也就越低。
在以上温度电镀下，得到镀层均细密、均 匀，镀层光亮和整平性好，韧性也较好，而且 得到相当厚度的镀层。但是温度高的时候，会 出现以下的缺点：一方面，镀液蒸发快，镀液 浓缩，当浓缩到一定的情况下时，硫酸铜就会 饱和析出，这时得到的镀层就不再平整光亮了; 另一方面，高温限制了溶液的使用循环次数。 介于上述的因素，在实验中，采用室温〈15~ 30=0进行电镀比较好。
2.3异极极距的影响
阳极表面到阴极表面的距离就是异极极距。 极距的大小虽然不会影响电镀的光亮性和平整性，但是其对镀层的质量或其他参数有一定的影 响。极距过小的时，在阳极溶解的铜粉会直接污 染镀层，甚至会堵塞泡沫中的孔洞，使得镀层质 量不好;而极距过大的时，由于铜离子从阳极传 到阴极的距离变大，使得槽电压升高〔14】。
考察了极距的影响(见图3〉，实验操作条 件为：预镀电流密度0.7入预镀时间 1001111;阴极表观电流密度3.0人^历2，电镀时间 25 01111;阳控制在0.5-1.5之间，每种镀液分别 电镀4个样品。由图3可见，异极极距对电流效 率影响很小，几乎保持不变。槽电压随极距距离 减小而减小，但是并不是越小越好，因为当极距 小于一定值的时，阳极溶铜容易污染阴极，使得 铜粉在阴极上析出，从而影响泡沫铜的质量。
极距较小的时(低于^.^^!!!),在镀层上明 显看到有凹凸不平的小点，应该是阳极溶铜直 接吸附在泡沫基体上造成的。在其它范围内 (大于得到的铜镀层均细密，平整和韧 性较好，有较厚的镀层。综合上述，可见异极 极距有较大的波动范围，但从降低槽电压而又 不影响镀层质量的角度选择，极距应控制在 2.5-45 4:111较好，其中3.5 0111的时最好。
2.4电镀时间的影响
电镀时间的长短主要影响镀层的厚度。时 间过长，得到的镀层很厚，且会使得铜电沉积 在孔隙中，从而得到盲孔多的预镀铜基体，另 外得到的镀层的整平性也不好，有很多结瘤; 如果电镀时间短，得到的泡沫铜比较薄，从而 使得韧性和机械强度低，容易破坏。介于上述 的影响，实验中将进行电镀时间的优化实验。
考察了电镀时间的影响(见图4〉，实验操作条件为：预镀电流密度0.7 预镀时间
10 01111;阴极表观电流密度3.0 讲控制
在0.5-1.5之间，每种镀液分别电镀4个样品。 由图4可见，电镀时间对电流效率和槽电压均 几乎没有影响。观察电镀时间对铜镀层外貌影 响，可见电镀时间在40~50 01111〈其中含预镀时 间为10 之间较好，在电镀45 111111得到的 镀层最为理想。
铅电沉积工艺研究
3.2镀液温度的彩响
镀液温度对槽电压恒温电流效率影响如图 6，实验操作条件为：阴极电流密度3.0八/(如2， 电镀时间30 01111，异极极距3 001。从图6可见, 镀液温度升高，槽电压下降，但电流效率几乎 保持不变。
通过考察多种因素对电镀铜效果的影响， 得到的最优的电镀条件为：预镀电流密度 0.7 ^/^2,异极极距3.5 0111 ^预镀时间10 1010， 阴极表观电流密度3.0 正常电镀时间为
35 0110，5)11控制在0.5~ 1.5之间，并在常温下 操作在此优化条件下得到的产品 镀铜聚氨酯泡沫用于电沉积铅制备泡沫铅。镀 液组成为：?1^ 115 8/1、游离耶巧45 8/1、硼 酸浓度饱和、蛋白胨0.5^。氟硼酸的作用使保 证铅阳极的正常溶解，同时使氟硼酸铅稳定， 增加铅离子极化，使产物镀层平整细致㈤;硼 酸在电解液中主要起稳定剂的作用⑽;蛋白胨作 为添加剂加人到电解液中，通过增加铅的阴极析 出过电位，使铅在阴极结晶颗粒细化致密㈤。
3.1阴极表观电流密度的影响
阴极表观电流密度对槽电压和电流效率影 响如图5所示。实验操作条件为：镀液温度 25 电镀时间30 异极极距3 001。由图 5可见，阴极表观电流密度增大，槽电压升高， 而电流效率先缓慢提高再降低。阴极表观电流 密度在10~4刀人/如2之间时，槽电压较适合，电镀时间对槽电压和电流效率的影响如 图7所示，实验操作条件为：阴极电流密度 3.0八/加2,温度251，异极极距3 0111。由图7 可见，电镀时间对槽电压和电流效率影响很小。 电镀过程中得到的泡沫铅均细致、均匀，有很 好的光亮性和孔径。随电镀时间增长，泡沫铅的 孔径会不断变小，镀层也更加厚。60 0110以后, 得到的泡沫铅开始有结瘤，并有少量的盲孔。
3.4优化结果分析
在以上选定的最佳实验条件下进行电沉积制备泡沫铅，阴极电流密度3.0 A/dm2 、镀液温度为 室温、电镀时间50min，得到的泡沫铅扫描电镜 如图8所示。从图8中可以看出，制备的泡沫铅 表面结晶平整致密，无树枝状结晶和毛刺，呈明 亮金属光泽，孔隙均匀，通孔性好，孔隙率达90%。
4结论
本实验研究了以聚氨酯泡沫为基体通过电 沉积法制备泡沫铅的研究，得到以下结论：
预镀铜的最优实验条件为：阴极表观 电流密度3.0 A/dm2 ,异极极距3.5 cm，预镀时 间10min，正常电镀时间为35 min，控制在 0.5-1.5之间，并在常温下操作〔20〜25°C〉。
镀铅最佳实验条件为：阴极表观电流 密度3.0 A/dm2 ,镀液温度室温〈25°C)，电镀 时间50min，异极极距3cm。
优化条件下制备的泡沫铅，电流效率 达到96%，且泡沫表面镀层平整、结晶细致、 有良好的金属光泽，可作为高性能铅酸电池电及材料。
