Сплав для струмовідводів негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторів

Сплав для струмовідводів негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторів, що містить свинець, сурму, олово, миш'як, срібло, вісмут, нікель, цинк, залізо, який відрізняється тим, що, містить компоненти в наступних співвідношеннях, мас, % Сурма 0,0008-0,001 Олово 0,02-0,03 Миш'як 10 7 Мідь , 0,004-0,005 Вісмут 0,025-0,03 Сірка 0,004-0,005 Нікель 0,0015-0,002 Кальцій 0,095-0,1 АЛЮМІНІЙ 0,02-0,026 Цинк 0,0008-0,001 Залізо 0,004-0,005 Натрій 0,0007-0,001 Свинець інше Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до виробництва свинцево-кислотних акумуляторних батарей, і може бути використане у виробництві акумуляторних батарей нового покоління Відомий свинцево-сурм'янистий сплав, що містять, мас %, сурму 5 - 6, мідь 0,05 - 0,06, миш'як 0,08 - 0,2, олово 0,01 - 0,015, вісмут 0,03 - 0,04, цинк 0,001 - 0,0012 залізо 0,005 - 0,006, свинець інше (ДСТ 1292-81 Сплави свинцево-сурм'янисті) Зазначений сплав володіє задовільними ливарними властивостями, однак дендритна структура сплаву, недостатньо висока МІЦНІСТЬ на розтягання, високий темп газовиділення і значна витрата водя при використанні зазначеного сплаву для виготовлення струмовідводів свинцевокислотних акумуляторів звужує область використання цього сплаву Найбільш близької по технічній сутності і по результаті, що досягається, до сплаву, що заявляється, (прототипом) є композиція складу, мас % сурма 2,3 - 2,8, олово 0,11 - 0,15, миш'як 0,14 - 0,20, мідь 0,05 - 0,07, срібло 0,005 - 0,007, вісмут 0,015 - 0,017, нікель 0,0015 - 0,0017, залізо 0,003 - 0,005, свинець - інше (ТУ 48-6-98-86, Сплав свинцово-сурьмянистый марки УС-1 для стартерных аккумуляторных батарей М , Минцветмет, СССР, 1986) Ливарні і механічні властивості цього сплаву задовільні, і з даний час сплав широко використовується в серійному виробництві широкого класу свинцево-кислотних акумуляторних батарей Однак специфічні вимоги, пропоновані до батарей спеціального призначення (стартерні батареї для бронетехніки, тягові і стаціонарні для ПІДВІДНИХ ЧОВНІВ, стаціонарні для аварійного висвітлення лікарень і готелів, енергоживлення залізничної сигналізації), не можуть бути задоволені з використанням традиційних сплавів, у тому числі сплавупрототипу Дослідження механізмів, що відбуваються з позитивному і негативному електродах свинцево-кислотних акумуляторів, експериментальні дослідження параметрів акумуляторів указують, що оптимальні склади сплаву для струмовідводів негативних і позитивних електродів істотно розрізняються І хоча роль позитивного електрода у свинцевокислотних акумуляторах є домінуючою, правильно підібраний сплав для струмовідводів негативних електродів може істотно поліпшити енергетичні й експлуатаційні характеристики свинцевокислотних акумуляторів В основу пропонованого винаходу поставлена О ю 45041 задача створення сплаву для струмовідводів негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторів, застосування якого приводить до зниження саморозряду, зменшенню газовиділення і витрати води, збільшенню термінів збереження і забезпеченню працездатності при негативних температурах навколишнього середовища, до зниження токсичності Поставлене завдання вирішується тим, що сплав для струмовідводів негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторів, що містить свинець, сурму, олово, миш'як, срібло, вісмут, нікель, залізо, містить компоненти в наступних відносинах, мас % сурма 0,0008 - 0,001, олово 0,02 - 0,03, миш'як 10 , мідь 0,004 - 0,005, вісмут 0,025 - 0,03, сірка 0,004 - 0,005, нікель 0,0015 0,002, кальцій 0,095 - 0,1, алюміній 0,02 - 0,026, цинк 0,0008 - 0,001, залізо 0,004 - 0,005, натрій 0,0007 - 0,001, інше свинець Заявлений сплав від сплаву-прототипу відрізняється зменшеним у 2800 разів вмістом сурми, дворазовим збільшенням частки вісмуту, зменшеним у 106 разів вмістом миш'яку, зменшеним у 10 разів вмістом МІДІ, у 2 рази цинку і в 5 разів олова, відсутністю в сплаві срібла і додатковим уведенням кальцію, сірки, алюмінію і натрію Структура сплаву істотно відрізняється від сплаву-прототипу частка евтектичної компоненти складає 90 - 95%, у той час як структура сплавупрототипу переважно дендритна, що тягне ряд труднощів при виготовленні струмовідводів методом прокатки і невідтворюваність механічних параметрів струмовідводів у частині межі МІЦНОСТІ на розтягання Істотне зниження вмісту в сплаві сурми приводить до зниження корозії струмовідводів, зменшенню швидкості саморозряду і, ВІДПОВІДНО, збільшенню термінів збереження при незначних утратах ємності акумуляторів, зниженню в них газовиділення і витрати води Збільшення в сплаві частки вісмуту підвищує пластичність сплаву, що зумовлено динамічною рекристалізацією, це з однієї сторони спрощує технологічний процес виготовлення струмовідводів як методом гравітаційного лиття, так і прокаткою, а з іншої сторони дозволяє зберегти незмінними ЛІНІЙНІ розміри струмовідводів і ступінь їхнього зчеплення з активною масою при негативних температурах навколишнього середовища (при -18°С и нижче) Введення сірки і натрію підвищує мікротвердість сплаву, що залишається незмінною при литті, запобігає утворення мікротріщин Введення кальцію і алюмінію з зазначеною часткою їхнього вмісту в сплаві забезпечує сталість основних фізико-хімічних властивостей струмовідводів у процесі експлуатації акумуляторів, причому зазначені фізико-хімічні властивості відтворюються у великій парти струмовідводів, що забезпечує ідентичність вольтамперних і імпедансних характеристик акумуляторів Відсутність у сплаві срібла і зменшення вмісту олова дозволяє знизити вартість продукції з зазначеного сплаву, а істотне зниження (у 106 разів) миш'яку практично виключає продукування арсину під час роботи і збереження акумуляторів, що робить експлуатацію акумуляторів екологічно безпечною В результаті дослідження відомих у науці і техніці технічних рішень сукупність істотних ознак, яка цілком чи частково співпадає з заявленою і яка дозволяє вирішити поставлену винахідницьку задачу, не була виявлена Отже, винахід, що пропонується, відповідає критерію "новизна" Сутність заявленого винаходу не випливає для фахівця явним чином з відомого рівня техніки і була встановлена експериментальне методом послідовних наближень до оптимальних співвідношень компонентів Сукупність ознак, що характеризують відомий сплав для струмовідводів негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторів, не забезпечує досягнення нових властивостей і тільки наявність ВІДМІТНИХ ознак дозволяє одержати новий технічний результат Отже, пропонований винахід відповідає критерію "винахідницький рівень" Пропоноване технічне рішення може бути використане при виробництві струмовідводів негативних електродів для герметизованих свинцево-кислотних акумуляторних батарей, для яких важливо звести до мінімуму саморозряд і газовиділення (військова сфера використання акумуляторів) і ВІДПОВІДНО збільшити терміни зберігання при мінімальних утратах ємності, забезпечити працездатність при негативних температурах (електроживлення залізничної сигналізації), істотно підвищити екологічну безпеку обслуговування (аварійне висвітлення лікарень, дитячих установ, готелів) Завдяки забезпеченню ідентичності і відтворюваності характеристик акумуляторів зі струмовідводами, виготовленими з заявленого сплаву, можлива побудова каскаду акумуляторів (гігантських акумуляторних батарей) для згладжування пікових навантажень в електричних мережах Приклад Виготовлено струмовідводи, з габаритами, типовими для струмовідводів серійних акумуляторних батарей 6СТ-80, зі сплаву, що містить (мас,%) сурма - 0,001, олово 0,03, миш'як - 10 7 , мідь - 0,0045, вісмут - 0,03, сірка - 0,004, нікель - 0,002, кальцій - 0,1, алюміній - 0,02, цинк - 0,001, залізо - 0,0045, натрій - 0,001, інше - свинець ХІМІЧНИЙ склад матеріалу струмовідводів, отриманих литтям, і вихідного сплаву цілком збігся При нормативних іспитах на вигин тріщини не виникали (на відміну від серійних струмовідводів, у яких виникали подовжні, поперечні тріщини і тріщини довільної орієнтації) Характеристики експериментальних акумуляторів, що включають негативні електроди на основі струмовідводів зі сплаву, що заявляється, і позитивні електроди, струмовідводи яких виготовлені зі сплаву, склад якого в межах винаходу, що заявляється, є нау-хау, значно відрізнялись від характеристик серійних акумуляторів Установлено, що 50% ємності акумуляторів при температурі навколишнього середовища +(20 - 22)°С губилося (саморозряд) в експериментальних акумуляторах за 15 МІСЯЦІВ ±3 дні, що складає не більш 0,11% у добу, у серійних акумуляторах такі утрати відбувалися за 3 - 4 45041 місяця, тобто в добу втрати ємності складали 0,5 0,56%, причому розкид по втратах у цій партії батарей був значний Настільки істотне зменшення саморозряду батарей з експериментальними струмовід водами супроводжувався зменшенням у 10 - 12 разів газовиділення При циклюванні (10 циклів) утрати ємності в серійних акумуляторів склали 10%, у той час як в експериментальних акумуляторів ємність майже не змінювалася Динаміка процесів втрати ємності при-циклюванні в експериментальних акумуляторів при температурі навколишнього середовища -(18 - 20)°С істотно відрізнялася від такої для серійних акумуляторів, а саме зменшення ємності до 50% зарядженості досягалося після 150 контрольно-тренувальних циклів в експериментальних акумуляторів і після 90 - 100 циклів у серійних акумуляторів Тік холодного прокручування серійних акумуляторних батарей 6СТ-60 складав 360А, для експериментальних батарей був вище 400А Випробування на вібростійкість та віброміцність (ГОСТ 20 57 406) експериментальних батарей (9 зразків) не зафіксували жодного випадку виходу з ладу чи змін їх електричних характеристик після проведення зазначених випробувань Поліпшення основних параметрів акумуляторів, струмовід вод їв для позитивних електродів яких виготовлені зі сплаву, що, заявляється, дозволяє розширити область використання свинцево-кислотних акумуляторних батарей ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90