Спосіб одержання свинцево-кальцієвого сплаву для струмовідводів свинцево-кислотних акумуляторів

Спосіб одержання свинцево-кальцієвого сплаву для струмовідводів свинцево-кислотних акумуляторів шляхом нагрівання в тигелі розплавленого свинцю, введення заздалегідь приготовленої наважки, що містить свинець і кальцій, перемішування І ЛИТТЯ В ВИЛИВНИЦЮ, ЯКИЙ відрізняється тим, що наважку, що містить сви нець, кальцій, алюміній і олово, вводять у розплав при температурі 560-565°С, утоплюють наважку під шар свинцю, підвищують температуру на 1520°, перемішують розплав, здійснюючи одночасно переміщення масиву у вертикальній і горизонтальній площинах, роблять продувку простору над розплавом аргоном, підтримуючи и протягом усього часу плавки, витримують розплав протягом 1520 хвилин, вводять легуючі добавки, перемішують розплав, додатково витримують протягом 18-20 хвилин при незмінній температурі, знімають верхній шар розплаву, роблять злив сплаву в виливницю, що має температуру не більше 20°С, сплав у виливниці прохолоджують водою, що має температуру 50-55°С, виливок видаляють з виливниці, піддають його термообробці при температурі 150-200°С протягом 10-15 хвилин, потім прохолоджують на повітрі, що має температуру 25-30°С Винахід відноситься до електротехніки, а саме - до ХІМІЧНИХ джерел струму і може бути використаний при виробництві свинцево-кислотних акумуляторних батарей Відомий спосіб одержання свинцевокальцієвого сплаву шляхом електролізу сольового розплаву двохлористого кальцію, хлористого калію і двофтористого кальцію (СаСЬ + КСІ + Саг) с розплавленим рідким свинцевим катодом при температурі 700 - 750°С (Trans SEAST - 1989 - 24, № З Р 5-12) Основним недоліком зазначеного способу одержання свинцево-кальцієвого сплаву є те, що кальцій у сплаві розподілений нерівномірно, високі робочі температури обумовлюють великі втрати кальцію, а сам процес одержання свинцевокальцієвого сплаву супроводжується виділенням високотоксичних газів (хлору і фтору) Енерговитрати при такому способі одержання сплаву досить великі, а необхідна точна підтримка ЩІЛЬНОСТІ струму впродовж всього циклу вимагає використання автоматичних пристроїв регулювання зі зворотними зв'язками по температурі розплаву, що ускладнює і здорожує одержання сплаву Найбільш близьким по технічній сутності і по результаті, що досягається, до заявленого (прототипом) є спосіб одержання свинцево-кальцієвого сплаву, ВІДПОВІДНО до якого розплавлений у тигелі свинець нагрівають до температури 600 - 700°С, у розплав вводять заздалегідь приготовлену наважку - свинцево-кальцієву лігатуру, витримують 5 10 хвилин, знижують температуру до 450 - 500°С, перемішують і виконують лиття у форму, нагріту до температури 150 - 170°С (Сборник работ по химическим источникам тока, вып 11 - Ленинград, "Энергия",1976 - 199 с ) Такий спосіб одержання свинцево-кальцієвого сплаву характеризується нерівномірним розподілом кальцію в сплаві, а внаслідок того, що в способі не передбачений захист кальцію від окислювання, витрати кальцію значні й у сплав випадають продукти окислювання і розпаду твердого розчину кальцію у свинці, утому числі СаРЬз, нітриди (СазІ^Ь) і ін) Застосування таким способом отриманого сплаву у висококорозійних середовищах утруднено, а в зв'язку з неконтрольованою мірою втрат кальцію при готуванні сплаву і при литті в процесі виготовлення струмовідводів важко одержати струмовідводи з О о о 47000 заздалегідь заданими властивостями В основу пропонованого винаходу поставлена задача удосконалення способу одержання свинцево-кальцієвого сплаву для струмовідводів свинцево-кислотних акумуляторів, у якому за рахунок захисту кальцію від окислювання, рівномірного перемішування по всьому об'єму сплава в процесі сплавлення, швидкої кристалізації розплаву при відливанні і термообробці отриманого сплаву досягається рівномірний розподіл кальцію в сплаві, незмінність структури сплаву при литті в процесі виготовлення струмовідводів для свинцевокислотних акумуляторів, зниження корозійної активності Поставлена задача вирішується тим, що спосіб одержання свинцево-кальцієвого сплаву для струмовідводів свинцево-кислотних акумуляторів, здійснюваний шляхом нагрівання в тигелі розплавленого свинцю, введення заздалегідь приготовленого наважки що містить свинець і кальцій, перемішування І ЛИТТЯ В ВИЛИВНИЦЮ, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, навішення, що містить свинець, кальцій, алюміній і олово, вводять у розплав при температурі 560 - 565°С, утоплюють наважку під шар свинцю, підвищують температуру на 15 - 20°, перемішують розплав, здійснюючи одночасно переміщення масиву у вертикальній і горизонтальній площинах, роблять продувку простору над розплавом аргоном, підтримуючи и протягом усього часу плавки, витримують розплав протягом 15 20 хвилин, вводять легуючі добавки, перемішують розплав, додатково витримують протягом 1 8 - 2 0 хвилин при незмінній температурі, знімають верхній шар розплаву, роблять злив сплаву в виливницю, що має температуру не більш 20°С, сплав у виливниці прохолоджують водою, що має температуру 50 - 55°С, виливок видаляють з виливниці, піддають його термообробці при температурі 150 200°С протягом 10 - 15 хвилин, потім прохолоджують на повітрі, що має температуру 25 - 30°С Введення в наважку, яка вноситься в розплав свинцю, поряд з кальцієм додатково алюмінію і олова запобігає окислюванню кальцію і утворенню нітратів, поліпшує перемішуємість розплаву і пластичність сплаву, а також дозволяє понизити температуру розплаву в порівнянні зі способомпрототипом і запобігти вигоряння кальцію Внаслідок того, що кальцій, алюміній і олово мають питому ЩІЛЬНІСТЬ істотно нижчу ЩІЛЬНОСТІ свинцю, то утеплення наважки за допомогою спеціального пристрою (що здійснює також перемішування розплаву у вертикальній площині) прискорює розчинення компонентів наважи, а перемішування розплаву одночасно у вертикальній і горизонтальній (за допомогою додаткового пристрою) площинах протягом усього часу плавки забезпечує рівномірний розподіл компонентів, утому числі і легуючих добавок, у розплаві Видалення з розплаву верхнього шару виключає появу в сплаві окислів кальцію і нітридів, що погіршують властивості сплаву Продувка простору над розплавом аргоном зводить до мінімуму окислювання компонентів сплаву, що забезпечує повну ВІДПОВІДНІСТЬ стихиометричного складу сплаву і КІЛЬКОСТІ внесених у розплав компонентів Злив сплаву в холодну виливницю запобігає процесу ліквацм сплаву, тобто нерівномірного розподілу кальцію по злитку, і на відміну від способу-прототипу, по якому злив здійснюється в нагріту виливницю, на поверхні сплаву, отриманого по способу що заявляється, цілком були відсутні ХІМІЧНІ сполуки СаРЬз, що виникають за рахунок розпаду твердого розчину кальцію у свинці Для запобігання розтріскування сплаву в виливниці його охолоджують водою з температурою 50 - 55°С Термообробка виливка при температурі 150 200°С впродовж 1 0 - 1 5 хвилин з наступним повільним охолодженням на повітрі поліпшує механічні (МІЦНІСТНІ) і ливарні властивості, що важливо при наступному виготовленні струмовідводів литтям Порівняльні дослідження сплавів, виготовлених за традиційною технологією (по способупрототипу) і по способу, що заявляється, і струмовідводів, виготовлених із зазначених сплавів, показали, що спосіб, що заявляється, дозволяє одержати сплави з заздалегідь заданим вмістом інгредієнтів, що важливо при розробці нових сплавів для струмовідводів свинцевих акумуляторів Оптимізація властивостей сплавів як механічних і ливарних, так і властивостей, що визначають електричні характеристики електродів і самих свинцево-кислотних акумуляторів, вимагає ретельного обліку фазового стану сплаву (процентного вмісту компонентів) Причому, важливо збереження фазового стану як у виливку при його збереженні, так і в готовій продукції - струмовідводах Введення в розплав свинцю алюмінію в складі наважки дозволяє зберегти в незмінній КІЛЬКОСТІ кальцій алюміній також прискорює старіння сплаву, підвищує межу МІЦНОСТІ, дозволяє зблизити коефіцієнти температурної зміни ЛІНІЙНИХ розмірів струмовідводів і активної маси, підвищує корозійну СТІЙКІСТЬ струмовідводів Олово, внесене в склад матеріалу наважки, поліпшує перемішуємість розплаву і сприяє рівномірному розподілу легуючих домішок Легуючі домішки в розплав необхідно вносити в такій ПОСЛІДОВНОСТІ кобальт, кадмій - з інтервалом в одну хвилину, цинк і залізо - одночасно, потім, також з інтервалом 0,5 - 1 хвилина, нікель, вісмут, срібло, сірку, селен, останнім вноситься натрій (набір і КІЛЬКІСТЬ легуючих домішок диктується конкретною задачею) Виявлена значна роль натрію - його введення в КІЛЬКОСТІ 0,01 - 0,07 мас % сприяє утворенню тонкокристалічної структури, при цьому поліпшуються його механічні властивості - підвищується МІЦНІСТЬ сплаву на розрив і твердість Вміст натрію в сплаві не повинно, однак, перевищувати 0,1 мас % - щоб уникнути збагачення прикордонних шарів кристалами, що викликають кришіння Забезпечуваний способом, що заявляється, рівномірний розподіл кальцію в сплаві і матеріалі струмовідводу дозволяє уникнути появи внутрішніх напружень і деформацій (короблень), що проявляються в процесі роботи акумуляторів у відшаровуванні активної маси Струмовідводи, виготовлені зі сплаву, отриманого заявленим способом, характеризуються дуже низьким омічним опором на границі розподілу активної маси зі струмовідводом, що виявляється в показниках, що характеризують експлуатаційні і електричні властивості акумуляторів 47000 Питомі елеісгричні хараісгеристики акумуляторів визначали на підставі результатів вимірів, виконаних на 5-ому циклі при розряді струмом 20годинного режиму до кінцевого потенціалу позитивного електрода 1,95В відносно кадмієвого електрода порівняння Відтворюваність результатів була не гірше ± 3% Заряд електродів проводили струмом, рівним 0,1 ємності 10-годинного режиму розряду до сталості електродного потенціалу Тривале циклування електродів здійснювали ВІДПОВІДНО до міжнародного стандарту (Міжнародний стандарт (МЕК) 1056-1 1-е вид , 1991, С 13) Орієнтований ресурс був не гірше 160 (для серійних 67 - 70), причому максимальна ємність досягалася на 100 циклі Ці показники свідчать про перспективність пропонованого способу одержання свинцево-кальцієвого сплаву для струмовідводів свинцево-кислотних акумуляторів ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71