CAT蓄电池一种面向工业实践的铅酸电池黄铜合金端子硫酸介质腐蚀防护方法
来源：
卡特蓄电池 发布时间：2026-02-27 09:52:04 点击： 次
摘要
黄铜端子通常用于铅酸蓄电池应用中的外部连接，但其适用性受限于其在硫酸环境中的性能表现，通常需要施加镀层以防止腐蚀。铅酸蓄电池释放的硫酸雾气甚至能腐蚀黄铜等耐蚀材料。本研究旨在通过施加苯并三氮唑(BTA)这种高效缓蚀剂来增强防腐蚀性能,在电池组装前，将黄铜端子浸入70°C的热溶液中进行处理。通过室温下4.5 M H₂SO₄溶液中为期7天的浸泡失重实验，对缓蚀效率（IE）进行初步评估。当BTA浓度为0.67 M时，获得82%的最高缓蚀效率（IE%），该浓度被确定为最佳缓蚀剂浓度。通过电化学阻抗谱（EIS）技术，进一步分析经BTA预处理样品在4. 5 M硫酸溶液中的电化学行为，以检验BTA处理效果。阻抗参数的变化表明，在最佳BTA浓度0.67 M条件下，电荷转移电阻（Rct）从5542 Ω·cm²显著增加至23639 Ω·cm²，这说明BTA分子吸附在黄铜表面并形成保护膜。该保护膜可作为电荷转移的阻挡层。Rct值的大幅上升，连同Cc和CPE-dl-P的改善，强有力地支持了BTA预处理能提升耐腐蚀性的结论。这一方法为增强电池端子在严苛环境中的使用寿命提供了实用解决方案。
引言
铜合金因其优异的导电性和机械强度，有时被用于电池端子制造。虽然铜具有更卓越的导电性能，但黄铜在实际应用中通常能提供超越铜的综合优势。黄铜在机械强度、耐腐蚀性、可加工性和成本效益之间实现了更佳平衡，这使其特别适用于对耐久性和外部因素抵抗能力要求较高的环境中的端子硬件制造。尽管黄铜因其合金成分而具有固有的耐轻微腐蚀能力，但它在铅酸蓄电池酸性环境中的耐腐蚀性能仍值得关注[[1], [2], [3]]。在铅酸蓄电池中，金属部件的腐蚀主要由硫酸雾(H₂SO₄)的强腐蚀性以及化成过程中产生的电化学环境驱动。这些酸性蒸气会在端子、连接器等金属表面冷凝，引发局部腐蚀反应。这种劣化不仅会降低导电性，还会削弱端子部件的机械完整性。为延长蓄电池端子使用寿命并维持系统可靠性，黄铜端子通常采用镀层处理[[4], [5]]。某些情况下也会使用防护涂层和缓蚀剂。这在长期暴露于酸性蒸气的工业蓄电池环境中尤为重要。
在针对含铜合金所研究的缓蚀剂中，苯并三氮唑(BTA)因其高效性获得广泛认可，并普遍应用于工业与商业领域(图1a)[6]。BTA分子通过其氮原子吸附在铜表面，与铜形成稳定的配位键。这种吸附作用导致铜表面形成超薄、不可见且附着性极强的保护膜，其厚度<50纳米。Å厚度为[7]。该薄膜可作为抵御环境因素（如湿气、氧气以及氯离子等侵蚀性离子）的屏障。苯并三氮唑对铜及其合金具有选择性保护作用，能在不影响体系中其他材料性能的前提下提供防护。
在腐蚀防护领域，该过程通常涉及Cu(I)与苯并三唑阴离子（苯并三唑的去质子化形式BTA⁻）形成配位聚合物。结构类型包括延伸的一维链状、二维层状或三维网状配位聚合物，但以桥连苯并三唑配体构成的一维配位聚合物最为典型（图1b）[[8], [9]]。
其在各类工业流程中的应用已获充分文献记载，为实现最佳防腐效果需采用多种技术[7]。工业应用中苯并三唑的主要处理技术包括以下方面[7]：
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在水或溶剂中的溶解：将苯并三氮唑（BTA）溶解于水或有机溶剂中，随后将铜或黄铜表面浸入、浸泡或冲洗于该溶液中。
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直接添加至系统：苯并三氮唑可直接添加至包括冷却塔和锅炉在内的水系统中。添加后，该化合物将溶解并对接触液体的铜表面形成保护。
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喷涂施药对于大规模铜表面处理，通常将BTA溶液直接喷涂于表面，以确保快速均匀的覆盖。
选择最适宜的施药方式时，必须充分考虑表面几何特征。例如，对于复杂形状构件宜采用浸渍法，而大面积平面则更适合采用喷涂工艺。
铅酸蓄电池常会释放酸性蒸汽和湿气，这些物质会加速金属端子的腐蚀。BTA可通过形成保护屏障来缓解这一问题，减少黄铜与腐蚀性环境的接触。然而，BTA在铅酸蓄电池等极端腐蚀环境中的性能仍有待研究。据推测，在强酸性或强碱性条件下，BTA的防护效果可能会减弱[[1], [2], [3]]。例如，铅酸蓄电池中的硫酸浓度在初始充电阶段可能为4-5 M，而在化成过程结束时可能升至6-7 M。虽然目前没有关于苯并三氮唑（BTA）在电池端子中应用的具体文献记载，但该化合物在保护铜和黄铜部件方面已证实的有效性表明，其在此类应用场景中可能具有潜在优势。
在人工海水（含NaCl、MgCl2、Na2SO4、CaCl2、KCl与NaHCO3, KBr, SrCl2 , and H3BO3溶解于蒸馏水中[10]。评估了两种有机缓蚀剂N,N-二苯并三唑-1-基甲基氨基甲烷(DBMM)和3-羟基丙基苯并三唑(HPBT)的缓蚀效能。研究发现，这些化合物通过形成不溶性聚合物保护膜，区块金属表面的活性位点，从而抑制黄铜腐蚀。该膜的厚度和防护效果随暴露时间延长而增加。此外，为探究合金元素对缓蚀机制的影响，研究了含苯并三唑(BTA)的氯化物溶液(0.5 M NaCl)中铜、锌及铜锌合金表面保护层的形成过程[11]。经BTA处理的溶液形成的表面层同时包含氧化物和聚合物组分，其中包括Cu2O和ZnO氧化物，以及Cu(I)-BTA和Zn(II)-BTA聚合物。这种铜锌氧化物混合聚合物膜在含氯环境中提供了有效的腐蚀防护。另一项研究通过动电位极化实验证实，BTA衍生物属于混合型缓蚀剂，其通过封锁黄铜表面活性位点来抑制腐蚀[12]。此外，有研究探讨了唑类化合物作为缓蚀剂对70/30黄铜在1%硫酸溶液中的防护效果[13]。研究表明，随着pH值升高，苯并三氮唑（BTA）的缓蚀效果增强，这与Walker等[14]的论证结果一致。现有研究多集中于直接向体系中添加BTA，而本研究采用创新方法——将预加工终端件浸入浓BTA溶液处理两小时，经冲洗后组装成电池结构并监测其腐蚀行为。本工作立足工业实践视角，旨在开发一种适用于实际电池环境的简易防腐解决方案。
