Спосіб одержання свинцевого сплаву для виготовлення акумуляторів

Спосіб одержання свинцевого сплаву для виготовлення акумуляторів, за яким в розплавлений свинець вводять 0,04-0,30 мас. % кальцію і 0,202,50 мас. % олова, сплав кристалізують у вигляді смуги і охолоджують до певної температури, при якій прокатують з одержаного сплаву стрічку при ступені деформації 85-95 % у прокатних клітях стану, після чого проводять штучне старіння одержаної стрічки цього сплаву, який відрізняється тим, що в розплавлений свинець додатково вводять 0,002-0,050 мас. % вісмуту, після кристалізації вказаного сплаву у вигляді смуги його охолоджують до температури 80-160 °С, при якій прокатують зі сплаву стрічку, потім проводять штучне старіння прокатаного сплаву при температурі 40-60 °С. UA (21) a200911712 (22) 16.11.2009 (24) 10.08.2011 (46) 10.08.2011, Бюл.№ 15, 2011 р. (72) ДЗЕНЗЕРСЬКИЙ ВІКТОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ШНУРОВИЙ СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, ЛАРЕНИШЕВ ЄВГЕН ВІКТОРОВИЧ, КАЗАЧА ЮРІЙ ІВАНОВИЧ, ІВАНОВ ВОЛОДИМИР АНАТОЛІЙОВИЧ, БУРИЛОВ СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, СКОСАР ВЯЧЕСЛАВ ЮРІЙОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМ І ТЕХНОЛОГІЙ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ "ТРАНСМАГ" (56) UA, 86 859, C2, 25.05.2009 RU, 2 298 263, C1, 27.04.2007 CN, 101237045, A, 06.08.2008 US, 4 228 580, A, 21.10.1980 US, 4 805 277, A, 21.02.1989 JP, 63-152871, A, 25.06.1988 JP, 07-065822, A, 10.03.1995 C2 2 (19) 1 3 пені деформації 85-95 % у прокатних клітях, після чого проводять штучне старіння твердого сплаву при температурі 60-100°С [Патент України № 86859, опубл. 25.05.2009, бюл. № 10]. Після 6 годин штучного старіння свинцево-кальцієвоолов'яний сплав досягає механічної міцності, достатньої для виготовлення з нього струмовідводів. Вкажемо на недолік способу - найближчого аналогу. Основним його недоліком є підвищені енерговитрати на штучне старіння унаслідок необхідності розігрівання свинцевого сплаву, а також унаслідок тепловтрат при підтримці підвищеної температури. Щоб зменшити енерговитрати, необхідно знизити температуру штучного старіння. Але це призведе до неприпустимого збільшення тривалості технологічної операції старіння або до незадовільних її результатів - недостатньої механічної міцності сплаву. Виникає технічна суперечність, яку потрібно вирішити. Нами вирішувалася задача удосконалення способу одержання свинцевого сплаву для виготовлення акумуляторів, який дозволяв би скоротити енерговитрати на старіння сплаву. Поставлена задача вирішувалася тим, що в способі одержання свинцевого сплаву для виготовлення акумуляторов, за яким в розплавлений свинець вводять 0,04-0,30 мас. % кальцію і 0,202,50 мас. % олова, сплав кристалізують у вигляді смуги і охолоджують до певної температури, при якій прокатують з одержанного сплаву стрічку при ступені деформації 85-95 % у прокатних клітях стану, після чого проводять штучне старіння одержаної стрічки цього сплаву, згідно винаходу, в розплавлений свинець додатково вводять 0,0020,050 мас. % вісмуту, після кристалізації вказаного сплаву у вигляді смуги його охолоджують до температури 80-160 град. С, при якій прокатують зі сплаву стрічку, потім проводять штучне старіння стрічки прокатаного сплаву при температурі 40-60 град. С. Розкриємо суть технічного рішення. Добавка вісмуту в сплав прискорює утворення інтерметалевих сполук Pb3Са і Sn3Ca, що зміцнюють сплав, а також прискорює формування мікроструктури сплаву у вигляді твердого розчину інтерметалідів в свинці. Це дозволяє знизити температуру штучного старіння сплаву без збільшенні тривалості технологічної операції старіння із збереженням отримуваної міцності сплаву. Якщо вісмуту ввести менше 0,002 мас.%, то зникне ефект його добавки; додавати вісмуту більше 0,050 мас.% недоцільно, оскільки це не підсилює позитивний ефект, зате призводить до зниження корозійної стійкості сплаву. Одночасно, введення до складу сплаву вісмуту знижує пластичні властивості сплаву, що не дозволяє вести його плющення з деформаціями більше 85 % і знижує продуктивність процесу одержання свинцево-кальцієвих стрічок. В той же час підвищення температури при плющенні свинцевокальцієвого сплаву в діапазоні 80-160°С підвищує його пластичні властивості, компенсуючи тим самим падіння пластичних властивостей від введення вісмуту у вказаних кількостях і забезпечуючи можливість плющення сплаву з деформаціями 8595 %. Підвищення температури при плющенні 95520 4 сплаву призводить до утворення його більш рівноважної структури і зниженню рівня внутрішньої напруги, що сприяє збільшенню пластичних властивостей і, відповідно, деформованості свинцевокальцієвих сплавів. Плющення свинцевокальцієвих сплавів із вмістом вісмуту в межах 0,002-0,05 мас.% при температурах нижче 80°С призводить, при деформаціях вище 85 %, до появи в прокатаному сплаві внутрішніх дефектів (мікротріщин), що знижують механічну міцність сплаву. При підвищенні температури плющення сплаву з вмістом вісмуту у вказаних межах вище 160°С ефект підвищення пластичності сплаву неістотний. Штучне старіння прокатаного сплаву здійснюють при температурі 40-60°С, на відміну від найближчого аналога (60-100°С), що істотно скорочує енерговитрати на процес старіння. При температурах нижче 40°С ефект прискорення старіння сплаву (прискорення процесу підвищення міцності) незначний, крім того сплав при цьому не досягає необхідної механічної міцності. Температура вище 60°С недоцільна унаслідок зростання енерговитрат на процес штучного старіння сплаву. Запропоноване технічне рішення може бути використане на підприємствах по виробництву свинцево-кислотних акумуляторів і акумуляторних батарей, зокрема - у виробництві герметизованих клапано-регульованих VRLA-батарей (Valve Regulated Lead Acid) зі струмовідводами з свинцево-кальцієво-олов'яного сплаву. Спосіб, що заявляється, здійснюють таким чином. У розплавлений свинець вводять кальцій і олово в розрахунку 0,04-0,30 мас.% кальцію і 0,202,50 мас.% олова. Добавку роблять безпосередньо введенням кальцію і олова в розплавлений свинець, або використовують лігатуру по кальцію і по олову. Тоді ж в сплав вводять вісмут 0,0020,050 мас.% (або використовують вісмут, вже наявний в свинці як домішка у вказаних межах). Отриманий розплав кристалізують у вигляді смуги і охолоджують до температури 80-160°С. При цій температурі прокатують твердий сплав при ступені деформації 85-95% в прокатних клітях. Після цього проводять штучне старіння прокатаного сплаву при температурі 40-60°С в термошафах. Вже після 5-6 годин штучного старіння свинцево-кальцієвоолов'яний сплав набуває механічних властивостей, достатніх для виготовлення з нього струмовідводів акумуляторів. Приклад 1. На виробничій машині безперервного виготовлення свинцевих стрічок для струмовідводів відлили смугу зі свинцевого сплаву, що містить 0,11 мас. % кальцію, 0,28 мас. % олова і 0,001 мас. % вісмуту, прокатали стрічку при температурі 72°С при ступені деформації 93,75 %, провели штучне старіння при температурі 81 °С. В результаті протягом 6 годин витримки при вказаній температурі сплав досяг достатніх механічних характеристик: межа міцності на розрив (тимчасовий 2 опір деформації) досягла 4,5 кг/мм , а відносне подовження стало 22%. Витрати електроенергії на штучне старіння сплаву склали 26,3 кВтгод на тонну сплаву. Приклад 2. На виробничій машині безперервного виготовлення свинцевих стрічок для струмо 5 95520 відводів відлили смугу зі свинцевого сплаву, що містить 0,09 мас. % кальцію, 0,29 мас. % олова і 0,020 мас.% вісмуту, прокатали стрічку при температурі 91 °С при ступені деформації 93,75 %, провели штучне старіння при температурі 45°С. В результаті протягом 6 годин витримки при вказаній температурі сплав досяг достатніх механічних характеристик: межа міцності на розрив (тимчасовий Комп’ютерна верстка Мацело М. 6 2 опір деформації) досягла 4,4 кг/мм , а відносне подовження стало 20 %. Витрати електроенергії на штучне старіння сплаву склали 13,3 кВтгод на тонну сплаву. Таким чином, у виробничих умовах підтверджено досягнення необхідного технічного результату. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601