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蓄電池負(fù)極斷裂失效分析：專業(yè)解析與解決方案

一、蓄電池負(fù)極斷裂失效分析案例背景

某極柱樣品作為蓄電池引出端導(dǎo)體，使用 3.5 年后出現(xiàn)開(kāi)裂甚至斷裂，且失效僅發(fā)生在負(fù)極柱。極柱基材為 H62 黃銅，加工成型后鍍 Ni 處理，蓄電池電解液為 1.25g/ml KOH 溶液。1#、2# 為 NG 樣品，3# 為 OK 樣品，需分析樣品失效原因。

二、蓄電池負(fù)極斷裂失效分析過(guò)程

1、外觀檢查

在光學(xué)顯微鏡下觀察，1# 斷裂樣品呈黑色且有大量白色異物附著；2# 樣品裂紋嚴(yán)重位置發(fā)現(xiàn)一處缺口。

2、SEM 檢查

電鏡下觀察，1# 白色異物處存在大量結(jié)晶物質(zhì)，黑色區(qū)域可見(jiàn)大量腐蝕產(chǎn)物堆積；2# 有嚴(yán)重的裂紋。

3、EDS 成分分析

EDS 分析結(jié)果顯示，1# 樣品白色異物和黑色區(qū)域都檢測(cè)到大量 C、O、Na、K，應(yīng)存在殘留的電解液和其他雜質(zhì)。黑色區(qū)域還檢測(cè)到少量 P、S、Cl 等腐蝕性元素，且兩個(gè)位置的 Cu/Zn 比值較 H62 黃銅顯著偏低，此處存在 Zn 元素富集。2# 樣品經(jīng) EDS 確認(rèn)缺口位置 Ni 層脫落，同樣發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物位置 Zn 含量富集，露基材位置則 Zn 含量偏低。

4、金相組織檢測(cè)

拋光態(tài)下，1# 斷裂樣品斷口區(qū)域存在大量二次裂紋，主裂紋擴(kuò)展方向?yàn)閺膬?nèi)螺紋往外螺紋方向，裂紋處發(fā)現(xiàn)大量灰色異物。同時(shí)發(fā)現(xiàn)極柱內(nèi)螺紋未進(jìn)行鍍 Ni 處理，非斷裂位置的內(nèi)螺紋表層亦發(fā)現(xiàn)少量灰色異物，外螺紋位置則未發(fā)現(xiàn)灰色異物。3#OK 樣未見(jiàn)明顯異常，其內(nèi)螺紋亦未進(jìn)行鍍 Ni 處理，僅外螺紋鍍 Ni。拋光后 EDS 檢測(cè)成分顯示，1# 斷裂樣品灰色異物成分主要為 C、O、Cu，存在少量 K 元素，Zn 含量偏低，僅為 2.78%。1# 斷裂樣品和 3#OK 樣品基材成分未見(jiàn)明顯異常。腐蝕態(tài)下，1# 斷裂樣品和 3#OK 樣品組織均為連續(xù)α相基體中沿拉伸方向分布的條塊狀β相，未見(jiàn)明顯組織異常。

蓄電池負(fù)極斷裂失效分析

5、維氏硬度檢測(cè)

維氏硬度檢測(cè)結(jié)果表明，1# 斷裂樣品和 3#OK 樣品硬度未見(jiàn)明顯差別。

三、蓄電池負(fù)極斷裂失效分析結(jié)論

極柱樣品開(kāi)裂位置檢測(cè)到大量 K 元素，蓄電池在使用過(guò)程中應(yīng)存在 KOH 電解液泄漏現(xiàn)象。清洗后斷口局部位置可見(jiàn)冰糖狀形貌，斷裂應(yīng)屬于脆性斷裂。因樣品內(nèi)螺孔未鍍鎳保護(hù)，2# 斷樣品存在鍍 Ni 層破損，KOH 電解液泄漏后直接接觸到基材。負(fù)極柱處于蓄電池負(fù)極，易在使用過(guò)程中失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí) Zn 電位較 Cu 低，從而產(chǎn)生脫鋅腐蝕。Cu 元素則在堿性環(huán)境下發(fā)生吸氧腐蝕形成黑色 CuO，基材脫鋅后影響了材料致密性，降低了材料的力學(xué)性能。電解液吸附環(huán)境中的 P、S、Cl 等腐蝕性元素，在拉應(yīng)力作用下（極柱螺紋緊固時(shí)存在拉應(yīng)力），最終發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。綜上，樣品失效為電解液泄漏、內(nèi)螺孔未鍍 Ni 保護(hù)或鍍 Ni 層破損，同時(shí)在電極作用下引發(fā)的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

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