ALEACIÓN PARA REJILLA DE BATERÍA
La presente invención se relaciona generalmente al campo de aleaciones de plomo. La presente invención se relaciona más específicamente a una aleación de plomo para una rejilla de batería que tiene calcio, estaño y bismuto. Las baterías (por ejemplo las baterías de almacenamiento eléctrico de plomo-ácido) típicamente incluyen elementos de celda que tienen rejillas o placas negativas y positivas y separadores entre las rejillas. Las rejillas se hacen típicamente de una aleación de plomo que incluye varios elementos de aleación pretendidos para mejorar el funcionamiento, vida y/o capacidad de fabricación de las rejillas y baterías. Generalmente se conoce para proporcionar cualquiera de una variedad de elementos de aleación para mejorar el funcionamiento, vida, y/o capacidad de fabricación de las rejillas de la batería. Por ejemplo, se conoce que al agregar calcio a la aleación aumenta la dureza, la cual mejora la capacidad de fabricación de la rejilla. El calcio en ciertas cantidades, sin embargo, puede resultar en la corrosión incrementada de la rejilla debido a la formación de Pb3Ca precipitado, o puede resultar en el crecimiento de la rejilla incrementada debido al sobre-envejecimiento prematuro. También se conoce agregar plata a la aleación para aumentar la fuerza mecánica (por ejemplo resistencia a la deformación plástica) y relación al endurecimiento. También se conoce agregar bismuto a la aleación. Sin embargo, las cantidades relativamente elevadas de plata y/o bismuto pueden provocar extracción de matas o estructura de grano desfavorable. Además, las cantidades relativamente elevadas de bismuto pueden resultar en regiones aisladas de precipitado discontinuo en la rejilla (por ejemplo precipitados sustancialmente sin endurecimiento formados de la reacción de bismuto con plomo y/o estaño) , lo cual puede negativamente impactar la vida de tal rejilla debido a la penetración de corrosión acelerada y al crecimiento de la rej illa . Consecuentemente, seria ventajoso proporcionar una aleación de plomo para el uso en una rejilla de batería que tiene una relación de corrosión y de vida aceptable. También seria ventajoso proporcionar una aleación de plomo para una rejilla de batería que incluye bismuto. También sería ventajoso proporcionar una aleación de plomo para una rejilla de batería que tiene una estabilidad de dureza relativamente elevada (es decir resistencia al sobre-envejecimiento) . Sería deseable proporcionar una aleación para una rejilla de batería que tiene una o más de estas características ventaj osas .
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La FIGURA 1 muestras una rejilla de batería de acuerdo a una modalidad ejemplar. La FIGURA 2A muestras una gráfica de barras de la estabilidad de dureza integral de una aleación para una rejilla de batería de acuerdo a una modalidad ejemplar. La FIGURA 2B muestra una gráfica de líneas de la estabilidad de dureza integral contra la cantidad de bismuto para una aleación para una rejilla de batería de acuerdo a una modalidad ejemplar. La FIGURA 3A muestra una fotografía de una aleación para una rejilla de batería gue tiene bandas de material no transformado de acuerdo a una modalidad ejemplar. La FIGURA 3B muestra una fotografía de la aleación de la FIGURA 3A que tiene bandas de material no trasformado de acuerdo a una modalidad ejemplar. La presente invención se relaciona a una aleación de plomo para una rejilla para una batería. La aleación incluye calcio en una cantidad de aproximadamente 0.05 por ciento en peso a aproximadamente 0.0725 por ciento en peso. La aleación también incluye estaño en una cantidad de aproximadamente 1.2 por ciento en peso a aproximadamente 1.8 por ciento en peso. La aleación también incluye plata en una cantidad mayor de aproximadamente 0.001 por ciento en peso. La aleación también incluye bismuto en una cantidad de aproximadamente 0.0005 por ciento en peso a menos de aproximadamente 0.04 por ciento en peso. El balance de la aleación comprende plomo. La presente invención también se relaciona a una aleación para una rejilla para una batería. La aleación incluye calcio en una cantidad de menos de aproximadamente 0.05 por ciento en peso a aproximadamente 0.07 por ciento en peso. La aleación también incluye estaño en una cantidad de aproximadamente 1.2 por ciento en peso a aproximadamente 1.5 por ciento en peso. La aleación también incluye plata en una cantidad mayor de aproximadamente 0.001 por ciento en peso. La aleación también incluye bismuto en una cantidad mayor de aproximadamente 0.0115 por ciento en peso. El balance de la aleación comprende plomo. La presente invención también se relaciona a un método para producir una aleación para el uso en una rejilla de batería. El método incluye aleación de plomo con calcio, estaño, plata y bismuto. La aleación incluye calcio en una cantidad menor de aproximadamente 0.05 por ciento en peso a aproximadamente 0.0725 por ciento en peso. La aleación también incluye estaño en una cantidad de aproximadamente 1.2 por ciento en peso a aproximadamente 1.8 por ciento en peso. La aleación también incluye plata en una cantidad mayor de aproximadamente 0.001 por ciento en peso. La aleación también incluye bismuto en una cantidad de 0.005 por ciento en peso a menos de aproximadamente 0.0275 por ciento en peso. El balance de la aleación incluye plomo. Una placa o rejilla 10 de batería se muestra en la FIGURA 1. La rejilla es una rejilla "estampada" o troquelada hecha de una aleación forjada de acuerdo a una modalidad preferida, y puede hacerse de una aleación fundida de acuerdo a una modalidad alternativa. La rejilla es una rejilla "positiva" para una batería de plomo-ácido de acuerdo a una modalidad preferida, y puede ser una rejilla "negativa" de acuerdo a una modalidad alternativa. La rejilla 10 incluye un muñón ,12 de colección de corriente eléctrica. Generalmente los alambres 14 verticales se extienden desde el muñón 12. Generalmente los alambres 16 horizontales intersectan los alambres 14 verticales. La rejilla incluye una aleación de plomo que tiene calcio, estaño y bismuto de acuerdo a una modalidad preferida. La aleación de plomo puede incluir plata de acuerdo a una modalidad alternativa. La cantidad de calcio en la aleación se selecciona para proporcionar una dureza adecuada de la aleación, que puede ayudar en la capacidad de elaboración de la aleación de acuerdo a una modalidad preferida. Tal dureza adecuada de la aleación puede eliminar la necesidad por el tratamiento con calor de la aleación. La cantidad de calcio en la aleación no debe ser tan grande en lo que se refiere a la causa de un aumento inaceptable en relación de corrosión o reducción en la estabilidad de dureza. El aluminio puede incluirse en la aleación (o en el punto de fusión de la aleación) para reducir la pérdida de calcio de acuerdo a una modalidad preferida . La aleación incluye calcio en una cantidad mayor que aproximadamente 0.05 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad preferida. La aleación incluye calcio en una cantidad de aproximadamente 0.05 por ciento en peso a aproximadamente 0.08 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye calcio en una cantidad de 0.055 por ciento en peso a aproximadamente 0.075 por ciento en peso de acuerdo a otra modalidad alternativa. La aleación incluye calcio en una cantidad de aproximadamente 0.05 por ciento en peso a aproximadamente 0.07 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye calcio en una cantidad de 0.055 por ciento en peso a aproximadamente 0.07 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye calcio en una cantidad de 0.06 por ciento en peso a aproximadamente 0.07 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa La cantidad de estaño en la aleación se selecciona para reducir la corrosión de acuerdo a una modalidad preferida. Sin pretender limitarse a cualquier teoría particular se cree que el estaño reaccionará con el calcio para formar Si^Ca (qué proporciona la resistencia de corrosión) , y que el estaño inhibirá la reacción de plomo con el calcio, mientras se reduce la formación del precipitado Pb3Ca discontinuo (el cual puede promover el crecimiento de la rejilla) La aleación incluye estaño en una cantidad mayor de aproximadamente 1.2 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad preferida. La aleación incluye estaño en una cantidad de aproximadamente 1.2 por ciento en peso a aproximadamente 1.65 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye estaño en una cantidad de aproximadamente 1.2 por ciento en peso a aproximadamente 1.5 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa La relación de estaño a calcio se selecciona para minimizar la formación del precipitado Pb3Ca de acuerdo a una modalidad preferida. La relación de estaño a calcio es mayor que aproximadamente 10 a 1 de acuerdo a una modalidad preferida. La relación de estaño a calcio es mayor que aproximadamente 12 a 1 de acuerdo a otras modalidades preferidas o alternativas. La relación de estaño a calcio es mayor que aproximadamente 20 a 1 de acuerdo a otras modalidades preferidas o alternativas. Por ejemplo, donde la aleación tiene un contenido de calcio de aproximadamente 0.07 por ciento en peso, se prefiere que el contenido de estaño exceda a aproximadamente 0.84 por ciento en peso. Aumentando la relación de estaño a plomo pueden reducir "engroSarniento" de los precipitados en la rejilla suprimiendo la formación del Pb3Ca precipitado, que a su vez disminuye el crecimiento de la rejilla y aumenta la vida de las rejillas. La cantidad de plata en la aleación se selecciona para aumentar la resistencia mecánica, incluyendo resistencia a la fluencia de limites de grano de acuerdo a una modalidad preferida. La cantidad de plata en la aleación también se selecciona para aumentar la relación del endurecimiento de la aleación de acuerdo a una modalidad preferida. De acuerdo a una modalidad alternativa, la plata puede incluirse en cantidades de "traza" o como una impureza que está presente en el plomo "secundario" o reciclado. La aleación incluye plata en una cantidad de aproximadamente 0.0005 por ciento en peso a aproximadamente 0.02 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad preferida. La aleación incluye plata en una cantidad de aproximadamente 0.001 por ciento en peso a aproximadamente 0.015 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye plata en una cantidad de aproximadamente 0.001 por ciento en peso a aproximadamente 0.01 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye plata en una cantidad de aproximadamente 0.001 por ciento en peso a aproximadamente 0.005 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La cantidad de bismuto en la aleación se seleccionan para proporcionar una estabilidad de dureza aceptable (es decir "micro dureza") de la aleación. La aleación incluye bismuto en una cantidad de menos de aproximadamente 0.04 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad preferida. La aleación incluye bismuto en una cantidad de aproximadamente 0.0005 por ciento en peso a aproximadamente 0.0275 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye bismuto en una cantidad de aproximadamente 0.0005 por ciento en peso a aproximadamente 0.025 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye bismuto en una cantidad de aproximadamente 0.001 por ciento en peso a aproximadamente 0.0225 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye bismuto en una cantidad de aproximadamente 0.001 por ciento en peso a aproximadamente 0.0190 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye bismuto en una cantidad de aproximadamente 0.0115 por ciento en peso a aproximadamente 0.0165 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. La aleación incluye bismuto en una cantidad de aproximadamente 0.0150 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad particularmente preferida. La aleación puede incluir cantidades relativamente bajas de otros materiales de acuerdo a cualquiera de las modalidades preferidas o alternativas. Por ejemplo, la aleación puede incluir materiales de "impurezas" o trazas de fondo que están presentes' en una corriente de plomo comercialmente reciclada. Las impurezas en la aleación en las siguientes cantidades pueden ser aceptables: (1) cinc en una cantidad de menos de aproximadamente 0.005 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa, cinc en una cantidad menor de aproximadamente 0.0025 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad preferida; (2) antimonio en una cantidad menor de aproximadamente 0.005 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa, antimonio en una cantidad menor de aproximadamente 0.0025 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad preferida; (3) arsénico en una cantidad menor de aproximadamente C.0025 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad preferida; (4) cobre en una cantidad menor de aproximadamente 0.005 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa, cobre en una cantidad menor de aproximadamente 0.0025 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad preferida. La aleación incluye calcio en una cantidad de aproximadamente 0.05 por ciento en peso y aproximadamente 0.07 por ciento en peso, estaño en una cantidad de aproximadamente 1.2 por ciento en peso y aproximadamente 1.5 por ciento en peso, y bismuto en una cantidad de 0.0005 a 0.0275 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad ejemplar, con el balance de plomo existente. La plata puede incluirse opcionalmente en la aleación en una cantidad menor de aproximadamente 0.015 por ciento en peso de acuerdo a una modalidad alternativa. El balance también puede incluir elementos adicionales que están presentes en el plomo reciclado (por ejemplo bismuto, arsénico, cobre, plata, telurio, etc.) en las cantidades limitadas (por ejemplo menor de aproximadamente 0.0025 por ciento en peso para cada impureza) La aleación incluye calcio en la cantidad de aproximadamente 0.065 por ciento en peso, estaño en una cantidad de aproximadamente 1.35 por ciento en peso, plata en una aproximación de aproximadamente 0.0035 por ciento en peso, y bismuto en una cantidad de aproximadamente 0.0005 por ciento en peso a aproximadamente 0.0275 por ciento en peso, con el balance de plomo existente y otros elementos adicionales que están presentes en el plomo reciclado, de acuerdo a una modalidad preferida. La aleación puede incluir calcio en la cantidad de aproximadamente 0.0652 por 'ciento en peso, estaño en una cantidad de aproximadamente 1.35 por ciento en peso, plata en una aproximación de aproximadamente 0.0036 por ciento en peso, y bismuto en una cantidad de aproximadamente 0.0005 por ciento en peso a aproximadamente 0.0236 por ciento en peso, con el balance de plomo existente y otros elementos adicionales que están presentes en el plomo reciclado, de acuerdo a una modalidad preferida. El por ciento en peso de los diversos elementos de la aleación (por ejemplo calcio, estaño, plata, bismuto) pueden variar de acuerdo a las modalidades alternativas. Por ejemplo, de acuerdo a una modalidad alternativa, la plata puede estar presente en una cantidad entre aproximadamente 0.005 y 0.015 por ciento en peso. De acuerdo a otra modalidad alternativa, el estaño puede estar presente en una cantidad entre aproximadamente 1.2 por ciento en peso y aproximadamente 1.8 por ciento en peso.
EJEMPLOS Las aleaciones A, B, C, D, E y F se prepararon teniendo calcio, estaño, plata y bismuto (el balance de plomo existente) en las cantidades listadas en la TABLA 1 a TABLA 6. TABLA 1
Aleación A Calcio 0.0645 por ciento en peso Estaño 1.39 por ciento en peso Plata 0.0021 por ciento en peso Bismuto 0.0005 por ciento en peso TABLA 2
Las aleaciones Bl y B2 se refieren colectivamente como la Aleación B. La cantidad promedio de plata en la Aleación B fue 0.0021 por ciento en peso. La cantidad promedio de bismuto en la Aleación B fue 0.005 por ciento en peso.
TABLA 3 Aleación C Calcio 0.07 por ciento en peso Estaño 1.38 por ciento en peso Plata 0.0035 por ciento en peso Bismuto 0.0005 por ciento en peso TABLA 4 Aleación D Calcio 0.069 por ciento en peso Estaño 1.35 por ciento en peso Plata 0.0036 por ciento en peso Bismuto 0.0126 por ciento en peso TABLA 5
Las aleaciones El, E2, E3 y E4 se refieren colectivamente como Aleación E. La cantidad promedio de plata en la Aleación E fue 0.0035 por ciento en peso. La cantidad promedio de bismuto en la Aleación E fue 0.0202 por ciento en peso . TABLA 6 Aleación F Calcio 0.0654 por ciento en peso Estaño 1.37 por ciento en peso Plata 0.0037 por ciento en peso Bismuto 0.0236 por ciento en peso Las aleaciones se fundieron como una tabla y se aplanaron (por ejemplo por un rodillo) a aproximadamente 10 por ciento del espesor original de la tabla. Las rejillas para las baterías cada una tiene un espesor de aproximadamente 42 mil de una pulgada se formaron de la tabla y se estamparon en un patrón de rejilla. Las rejillas se mantuvieron a 85 grados Celsius durante 3 semanas, y entonces se probaron para la estabilidad de dureza (es decir dureza de pirámide de diamante o "DPH") usando un indentador de pirámide de diamante. La carga fue de 200 gramos durante 15 segundos para la prueba de estabilidad de dureza. La estabilidad de dureza integral para cada una de las Aleación A, B, C, D, E y F se muestran en la TABLA 7.
TABLA 7 Bismuto por Plata por Estabilidad de
Aleación ciento en ciento en Dureza Integral peso peso (DPH * números de (promedio) (promedio semanas ) A 0.0005 0.0021 52.4 B 0.0005 0.0035 52.4 C 0.0005 0.0040 55 D 0.0126 0.0035 60.4 E 0.0202 0.0035 55.1 F 0.0236 0.0035 58.5 La estabilidad de dureza integral para cada una de las Aleaciones A, B, C, D, E y F se muestra en la FIGURA 2A. La FIGURA 2A muestra que las rejillas que tienen el bismuto en la cantidad de 0.0005 por ciento a 0.0236 por ciento en peso tenían una estabilidad de dureza relativamente aceptable. La FIGURA 2B muestra los datos de la TABLA 7 adaptados a una curva de acuerdo a una modalidad preferida. La aleación E2 se fundió como una placa plana a aproximadamente 10 por ciento del espesor original de la placa. Las rejillas para las baterías cada una teniendo un espesor de aproximadamente 42 mil de una pulgada se formaron a partir de la placa y se estamparon en un patrón de rejilla. Las rejillas se mantuvieron a 85 grados Celsius durante 5 semanas. La FIGURA 3A muestra una amplificación de 75x de una sección de la rejilla. La FIGURA 3B muestras una vista detallada de la sección de la rejilla de la FIGURA 3A. La FIGURA 3B muestra bandas de material sin transformar que tienen una dureza relativamente elevada (mostradas en los rectángulos 24a y 22b) y algunas bandas de material recristalizado [mostradas en los óvalos 24a y 24b) . Es importante observar que la construcción y disposición de los elementos de la aleación para una rejilla de batería como se muestra en las modalidades preferidas y otras ejemplares sólo es ilustrativa. Aunque se han descrito solamente unas modalidades de las presentes invenciones en detalle en esta descripción, aquellos expertos en la técnica quienes revisaron esta descripción apreciarán fácilmente que muchas de las modificaciones son posibles (por ejemplo las variaciones en las combinaciones y sub-combinaciones de las cantidades de elementos de aleación) sin partir materialmente de las técnicas y ventajas novedosas de la materia objeto citada en las reivindicaciones. Por ejemplo, pueden sustituirse y agregarse los elementos, y las cantidades de los elementos pueden variar. Consecuentemente, todas las modificaciones se pretenden incluir dentro del alcance de la presente invención como se definió en las reivindicaciones adjuntas. El orden o secuencia de cualquier proceso o etapas del método pueden variar o reordenarse de acuerdo con las modalidades alternativas. En las reivindicaciones, cualquier cláusula de los medios-más-función se pretende que cubran las estructuras descritas en la presente cuando se realice la función citada y no sólo los equivalentes estructurales sino también las estructuras equivalentes. Pueden hacerse otras sustituciones, modificaciones, cambios y omisiones en el diseño, condiciones de operación y disposición de las modalidades ejemplares preferidas y otras sin apartarse del espíritu de las invenciones presentes como se expresa en las reivindicaciones adjuntas.