JP4430227B2 - 鉛蓄電池用鉛基合金 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は鉛蓄電池用鉛基合金に関し、その耐食性と機械的強度を向上させた鉛蓄電池用鉛基合金に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の鉛合金としては、主として機械的強度を重視しているために、Sbを4.5〜8.0重量%の如く多量に配合したものが知られている。
【0003】
この合金を鉛蓄電池の極板用基板に適用した場合は、上記Sbが原因となって電池の自己放電を促進し容量を低下するのみならず、充電完了状態や過充電状態において激しい水分解反応が生じ水の補給を必要とするものであった。しかし、この水の補給は現在の鉛蓄電池の主流をなすメンテナンスフリー電池の極板用基板に対し、全く逆の作用をもたらすものである。
【0004】
従って、Sbを全く含有しない鉛基合金として、カルシウムが0.04〜0.10重量%、スズが0.50〜2.00重量%、アルミニウムが0.04重量%を超えて0.06重量%以下で、残部が鉛の鉛蓄電池用鉛基合金が提案されている。
【0005】
しかしながら、最近、特に自動車用ではボンネット内の温度が高温化する傾向にあるなど鉛蓄電池を取巻く環境はさらに厳しくなり、それに伴い高温条件下での基板格子、特に正極格子の更なる耐食性および機械的強度の向上が求められている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような要請に応えて公知の鉛蓄電池用Pb−Ca−Sn−Al合金を改良したもので、耐食性や初期の機械的強度とともに長時間高温下に曝された場合でも機械的強度の低下が非常に少ない鉛基合金を得ようとするものである。
【0007】
【発明が解決するための手段】
この発明は、カルシウムが0.04〜0.10重量%、スズが0.50〜2.00重量%、アルミニウムが0.04重量%を超えて0.06重量%以下、バリウムが0.001〜0.015重量%、銀が0.01〜0.10重量%、残部が鉛からなる鉛蓄電池用鉛基合金である。
【0008】
【発明の実施の形態】
この発明は、公知な鉛基合金に対してAlの添加量を増やし、さらにBaおよびAgを添加するものである。これによって、従来の鉛基合金や従来の鉛基合金のAlの添加量を増やした合金、さらには従来の鉛基合金にBaのみを添加した鉛基合金のいずれと比較しても、、耐食性や初期の機械的強度とともに長時間高温下に曝された場合での機械的強度の低下が非常に少ない鉛基合金を得ることができるものである。
【0009】
この発明において、Baを添加するのは鋳造直後の時効機能を著しく向上させるためで、これによって機械的強度が早期に現れるとともにその強度が高く、そしてその強度が長期間保持されるものである。また、Baを添加すると鋳造時に固形化する際、微細結晶構造が形成が促される。これらの効果が現れるのは、Baの添加量を0.01〜0.015重量%にしたときである。また、この効果はAlの添加量を増すことによって現れやすくなる。
【0010】
Caの添加は機械的強度を向上させるが、その配合量を0.04〜0.10重量%に限定した理由は、0.04重量%未満ではその効果が少なく、また0.10重量%を超えても低い鋳造温度で良好な鋳造品を得ることが難しく、また鋳造温度を高くすると酸化してCaの損失量が多くなる。
【0011】
Snを添加するのは合金の湯流れ性や機械的強度を向上させるためであるが、その配合量が0.50重量%未満ではその効果が少なく、また2.00重量%を超えた場合はSn量の増加とともに耐食性が劣ってきて好ましくない。Alを添加するのは溶湯の酸化によるCaの損失を防止するためと機械的強度を向上させるためであるが、その添加量の下限が0.04重量%未満であるとBaを添加した場合の効果が少なく、またこれが0.06重量%を超えた場合はこれがドロスとして析出してしまうためである。
【0012】
Agを添加すると耐食性を向上するが、その添加量が0.01重量%未満ではその効果が少なく、また0.10重量%を超えてもその効果はそれ程にあがらず、経済的にこの範囲に留めておくのが好ましい。
【0013】
【実施例】
以下にこの発明の実施例を示す。
【0014】
表1−1〜表1−3に示す組成になる本発明合金を使用して、耐食性、耐力(0.2%)、伸びといった機械的強度および鋳造性を測定して、その鉛蓄電池用基板合金としての適性を評価した。耐食性や機械的強度を評価するのに使用した試料は厚さ1.5mm、幅15mmの鋳造材である。この鋳造材を所望の大きさに切断して種々の特性評価の試験片とした。
【0015】
作成した試験片を歪み速度1.6×10−3/秒で室温において引張試験を行ない、耐力(0.2%)と伸びを測定した。
また、鋳造性を評価するために一定温度条件下で複雑な樹枝状の鋳型を使用し、そこに湯を流し完全に湯が回り込んだものを100として指数で評価した。これらの結果を表1−1〜表1−3に併記した。実際の基板鋳造においては鋳造指数が93以上であれば鋳造性に問題はない。また、公知の鉛蓄電池用Pb−Ca−Sn−Al合金の改良という意味で0.2%耐力は45MPa以上、伸びは5.0%以下、耐食性については30mg/cm2 以下であることが望ましいと考えた。
【0016】
【表1−1】
【0017】
【表1−2】
【0018】
【表1−3】
【0019】
表1−1ないし表1−3より明らかなように、本発明になる鉛蓄電池用鉛基合金によれば、公知の鉛蓄電池用Pb−Ca−Sn−Al合金に、Alの添加量を増加しさらにAgおよびBaを本発明で規定した範囲で添加することにより、従来の鉛基合金に比して0.2%耐力の向上および伸びの著しい低下が確認される。即ち、本発明にあっては、いずれも0.2%耐力が45Mpa以上、伸びは5.0%以下、耐食性は30mg/cm2 以下である
また、従来の鉛蓄電池用鉛基合金にAgとBaを添加すると鋳造指数が低下するが(表1−1および表1−2、比較例11〜35、従来例36)、これにAlの添加量を増やすことにより鋳造性が若干改善されることが認められる(表1−2、比較例36〜48)。しかし、この場合でもBa添加量が0.015重量%をを超えるとそれも低下することが認められるものである(表1−2、比較例46〜51)。
【0020】
表2−1ないし表2−3は、表1−1ないし表1−3に示した合金について、高温下で長時間放置したときの機械的強度の変化について示したものである。
【0021】
【表2−1】
【0022】
【表2−2】
【0023】
【表2−3】
【0024】
同表は、100℃で1時間および100時間放置した試料の0.2%耐力の測定結果を示したものである。表2−1ないし表2−3に示すように、本発明の合金は100℃で1時間および100℃で100時間放置した試料の0.2%耐力は比較例および従来例と比べていずれも優れていることが明らかである。
【0025】
また、同表には、耐食性についても示した。耐食性は、比重1,280(20℃)、温度60℃の希硫酸中で試料を720時間陽極酸化させた後に試料の単位面積当たりの腐食量を測定することで評価し、その結果を腐食量(mg/cm2 )として示した。表2−1ないし表2−3に示すように、比較例として示した公知のPb−Ca−Sn−Al合金にAgを本発明で規定する量で添加することでその腐食量は大幅に低下することが明らかである。Baの規定量を添加することで合金の腐食量を低下させることができるが、これが0.015重量%を超えるとその効果が少なく、さらに過剰となると逆に耐食性を悪化させるが、その場合でもAgを添加するとその腐食性を抑制することができるようになる(表2−3、比較例81〜83)。なお、Alのみの添加量を増やしても耐食性は若干向上することも認められる。
【0026】
【発明の効果】
以上のように、この発明の合金は鋳造性に問題のないレベルに維持されているので連続鋳造や重力鋳造に適しているうえに、伸びの低下や最大引張強度の向上、高温長時間における0.2%耐力の低下が非常に少ないこと、さらには腐食減量の大幅な低減により、これをフリーメインテナナス用鉛畜電池の極板基板に適用すれば基板の腐食量を著しく抑制し、長寿命の鉛蓄電池を得ることが出来て工業上で有益である。
Claims (1)
- カルシウムが0.04〜0.10重量%、スズが0.50〜2.00重量%、アルミニウムが0.04重量%を超えて0.06重量%以下、バリウムが0.001〜0.015重量%、銀が0.01〜0.10重量%、残部が鉛からなる鉛蓄電池用鉛基合金。
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