RU1788064C - Сплав на основе цинка дл анодов и способ его обработки - Google Patents

Abstract

Использование: металлурги , изготовление анодов. Сплав на основе цинка дл  анодов включает алюминий, олово. Сплав дополнительно содержит индий при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминий 0,1-0,7; олово 0,001-0,05; индий 0,001-0,05; цинк - остальное. Способ обработки сплава на основе цинка дл  анодов включает нагрев до температуры гор чего деформировани  и деформирование при этой температуре. Нагрев осуществл ют до температуры 100-120°С, затем провод т выдержку в течение 24-72 ч. 2 с.п. ф-лы, 2 табл. ел с

Description

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к сплавам на основе цинка, используемым в качестве анодов, и способам обработки этих сплавов.

Цинковые сплавы, благодар  их электрохимическим свойствам, широко примен ют в качестве гальванических анодов, в частности дл  химических источников тока (ХИТ). Наиболее широко используетс  в производстве ХИТ сплав ,4-0 ,6) мае. % ВЬ-(0,04-0,06) мае.% Cd.

Из него изготавливают аноды ХИТ в виде стаканчиков, которые одновременно  вл ютс  корпусами.

К сплавам, предназначенным дл  изготовлени  корпусов ХИТ, нар ду с коррози- онными свойствами предъ вл ютс  требовани  по технологичности при обработке , в частности по технологической пластичности при глубокой выт жке.

Указанный известный сплав недостаточно пластичен при глубокой выт жке, Сплав обладает недостаточной коррозионной стойкостью, что часто приводит к разви- тию питинговой коррозии анода в- присутствии электролита (даже в процессе хранени  ХИТ) и преждевременному их выходу из стро . Кроме того этот сплав содержит такие токсичные элементы, как свинец и кадмий, что вызывает определенные трудности , св занные как с его выплавкой, так и с утилизацией отходов и отработанных ХИТ. Наиболее близким по составу к за вл емому и прин тым в качестве прототипа  вл етс  сплав дл  гальванических элементов, содержащий, мас.%:

Алюминий0,05-0,5 Олово 0,01-0,5 Марганец 0,005-0,04 Титан и/или бор 0,006-0,05 Цинк Остальное

VI

со

оо О О

4

Однако этот сплав недостаточно технологичен при глубокой выт жке. Стенки анодов (стаканчиков) шероховатые, имеют следы растрескивани .

Как показали испытани , коррозионна  стойкость сплавов Zn-(0,05-0,5) мае. % AI - (0,01-0,5) мас.% Sn при содержании олова более 0,05 мас.% снижаетс , а введение же марганца, титана или бора увеличивает скорость коррозии в несколько раз.

Известен способ обработки алюминие- во-цинкового сплава состава 30-95 мас.% цинка, остальное - алюминий и дополнительные элементы, включающий нагрев до температуры выше 250°С, выдержку при этой температуре в течение 1-500 ч и охлаждение со скоростью 200-0,00028°С/с.

Этот способ позвол ет зафиксировать при комнатной температуре состо ние, полученное при температуре выдержки. При нагреве перед последующей деформацией происходит выделение избыточных фаз, что снижает технологичность сплава и приводит к растрескиванию при прокатке.

Наиболее близким к за вл емому  вл - етс  способ обработки цинковых сплавов, включающий нагрев слитков до температуры 140-210°С и прокатку при этой температуре .

Этот способ прин т в качестве прототи- па. Однако дл  сплавов, содержащих индий он неприменим, так как вышеуказанна  температура нагрева под прокатку высока дл  них, поскольку при нагреве по границам зерен происходит оплавление эвтектики цинк-индий, что приводит к растрескиванию сплава при прокатке.

Известен сплав на основе цинка, содержащий индий - более 0,01 мас.% и галлий - более 0,01 мас.%.

Указанный сплав используетс  в электродах сухих гальванических элементов, он достаточно коррозионностоек. Однако из- за низкой пластичности его. невозможно обрабатывать давлением. Этот сплав используют в виде порошка, технологи  изготовлени  его сложна, трудоемка и малопроизводительна .

Целью изобретени   вл етс  повышение технологической пластичности сплава при глубокой выт жке, коррозионной стойкости , улучшение качества поверхности.

Дл  достижени  поставленной цели разработан сплав на основе цинка дл  анодов , содержащий алюминий, олово, кото- рый дополнительно содержит индий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий0,1-0,7

Олово0,001-0,05

Индий0,001-0,05

ЦинкОстальное

Поставленна  цель достигаетс  также тем, что в способе обработки сплава на основе цинка дл  анодов, включающем нагрев до температуры гор чего деформировани  и деформирование при этой температуре, согласно изобретению, нагрев осуществл ют до температуры 100-130°С, а затем провод т выдержку в течение 24-72 ч.

За вл емый сплав с заданным соотношением компонентов требует обработки по за вленному способу, что и обеспечивает достижение поставленной цели.. Следовательно , за вл емые изобретени  св заны единым изобретательским замыслом.

Содержание элементов в сплаве выбрано так, чтобы повысить технологичность при глубокой выт жке и коррозионную стойкость .

Введение алюмини  в сплав в пределах 0,1-0,7 мас.% улучшает литейные свойства, способствует измельчению структуры сплава и повышает его технологическую пластичность при обработке давление, стойкость против коррозии под напр жением .

Кроме того, при содержании алюмини  0,1-0,7 мас.% сплав обладает минимальной пол ризуемостью.

С увеличением содержани  алюмини  более 0,7 мас.% технологичность сплава остаетс  на том же уровне, но резко увеличиваетс пол ризуемость , что нецелесообразно.

Содержание алюмини  менее 0,1 мас.% недостаточно измельчает зерно, а также ведет к резкому возрастанию пол ризуемости сплава и снижению стационарного потенциала .

Введение олова в количестве 0,001-0,05 мас.% повышает коррозионную стойкость сплава, так как олово находитс  в твердом растворе, поэтому максимальное содержание олова в сплаве не должно превышать его растворимость в цинке при комнатной температуре, равную 0,05 мас.%.

При содержании олова менее 0,001 мас.% технологичность сохран етс , но коррозионна  стойкость снижаетс .

Увеличение содержани  олова более 0,05 мас.% вследствие образовани  эвтектики цинк-олово, располагающейс  по границам зерен, приводит к охрупчиванию сплава.

Однако введение алюмини  и олова недостаточно дл  достижени  необходимой технологичности сплава. И только введение инди  в пределах (0,001-0,05) мас.% повышает технологичность сплава при глубокой

выт жке, При этом дополнительно возрастает коррозионна  стойкость сплава.

При содержании инди  менее 0,001 мае. % технологичность сплава при глубокой выт жке снижаетс . На стенках анодов по вл етс чешуйчатость , гофра, растрескивание, не удаетс  получить аноды необходимой высоты. Одновременно снижаетс  и коррозионна  стойкость сплава.

При содержании инди  более 0,05 мас.% не весь индий переходит в твердый раствор при нагреве под обработку давлением прокаткой , по границам зерен располагаетс  эвтектика цинк-индий, что охрупчивает сплав, ухудша  его обрабатываембсть и снижа  технологичность при последующем обратном прессовании.

Известные способы обработки не позвол ют избежать растрескивани  при прокатке цинковых сплавов, содержащих индий.

При указанном содержании инди  в сплаве оптимальной температурой нагрева под прокатку  вл етс  100-130°С.

Поскольку при 143°С индий образует с цинком эвтектику, располагающуюс  по границам зерен, температура нагрева с целью избежани  оплавлени  по границам, не должна превышать 130°С.

С понижением температуры растворимость инди  в цинке резко уменьшаетс . Поэтому при температуре ниже 100°С не весь индий может перейти в твердый раствор , что отрицательно скажетс  на технологичности сплава.

Выдержка при указанной температуре в течение 24-72 ч способствует диффузионному переходу инди  в твердый раствор на основе цинка.

Поскольку степень прохождени  диффузионных процессов определ етс  не только температурным, но и временным режимом , минимальное врем , необходимое дл  полного прохождени  процесса,  вл етс  важным параметром. Выдержка при тем- пературе 100-130°С менее 24 ч недостаточна дл  полного растворени  инди . Поэтому из-за неполного прохождени  процесса растворени  инди  обрабатываемость сплава снижаетс  .

Продолжительность выдержки более 72 ч нецелесообразна, поскольку этого времени достаточно дл  полного растворени , а увеличение продолжительности нагрева сплава не экономично.

П р и м е р 1. Сплав выплавл ли в индукционной печи. В качестве исходных материалов использовали цинк (ГОСТ 3640-79),

алюминий (ГОСТ 11069-74), олово (ГОСТ 860-75), индий (ГОСТ 10279-75). Полученные слитки нагревали до 100°С, выдерживали 2 ч и прокатывали на готовый размер. Из прокатанных полос вырубали рондели, из которых методом обратного прессовани  изготавливали аноды (стаканчики).

Поверхность анодов ровна , гладка  высота более 58,5 мм, выход годного составил 95%. Потер  веса при коррозионные испытани х составила 0,016 г/кв.см, т.е. коррозионна  стойкость по крайней мере е 3-4 раза выше по сравнению с известными способами.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1 полученные слитки из сплава на основе цинка нагрели до 110°С, выдержали 48 ч и прокатали на полосу, из которой вырубили рондели и изготовили аноды. Поверхность

анодов ровна , гладка , высота их более 58,5 мм, потер  веса составила 0,019 г/кв.см. Таким образом, показатели по технологической пластичности и коррозионной стойкости значительно превышают указанные

показатели, полученные известными способами .

П р и м е р 3. Аналогично примеру 1 слитки нагрели до 130°С, выдержали 24 ч и изготовили аноды, высота которых превышала 58,5 мм, потер  веса составила 0,017 г/кв.см, что также значительно превосходит показатели, полученные известными способами.

Состав и свойства разработанного

Claims (2)

1. Сплав на основе цинка дл  анодов, содержащий алюминий, олово, отличаю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  технологической пластичности сплава при глубокой выт жке, корроззионной стойкости , улучшени  качества поверхности, он до- полнительно содержит индий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий0,1-0,7 Олово 0,001-0,05 Индий . 0,001-0,05 Цинк Остальное

2. Способ обработки сплава на основе цинка дл  анодов, включающий нагрев до температуры гор чего деформировани  и деформирование при этой температуре, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что нагрев осуществл ют до 100-130°С, затем провод т выдержку в течение 24-72 ч.

/

Таблица 1

Химический состав сплава

Результаты испытаний по предлагаемому и известному способам ., ;

Известный 170

80

.чешуйчатость 0,б1Э

X) - в соответствии с СТ„ СЭВ, врем  испытани  30 мин,

}- в соответствии с СТ СЭВ 3345-82 подъем температуры за 10 мин не должен превышать 2°С

)

при испытании. сол ной кислоте :(d 1,05)

в соответствии с ТУ 1б-5бЗоОЗЗ 86 минимальна  высота анодов 58,5 мм

Таблица 2

26

гофра, растрескива