Сплав на основе цинка для анодов и способ его обработки

 

Использование: металлургия, изготовление анодов. Сплав на основе цинка для 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 для анодов включает нагрев до температуры горячего деформирования и деформирование при этой температуре. Нагрев осуществляют до температуры 100-120°С, затем проводят выдержку в течение 24-72 ч. 2 с.п. ф-лы, 2 табл. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s С 22 С 18/04, С 22 F 1/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ VI3O6PETEHVI)

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4945942/02 (22) 22.04.91 (46) 15.01.93. Бюл. N. 2 (71) Государственный научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт сплавов и -обработки цветных металлов "Гипроцветметобработка" (72) Б,И,Резник, E.B.ÊëåâöoBà, Т,А.Петухова, И.Л, Пучков, В,А.Измайлов, И.Ф.Пружинин, Л.П,Есаян, Н,Т.Пилюс и В.М.Фролова (56) ГОСТ 3640-79 Цинк.

Заявка Японии ¹ 53-29662, кл, С 22 С 18/04, 1984, Заявка Японии N. 59-10985, кл, С 22 С 18/04, 1984.

СТП 08-12-45-83. Москва, Московский

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

Цинковые сплавы, благодаря их электрохимическим свойствам, широко применяют в качестве гальванических анодов, в частности для химических источников тока (ХИТ). Наиболее широко используется в производстве ХИТ сплав Zn-0,4 — 0,6) мас.%

ВЬ вЂ” (0,04 — 0,06) мас.% Cd.

Иэ него изготавливают аноды ХИТ в виде "стаканчиков", которые одновременно являются корпусами.

К сплавам, предназначенным для изготовления корпусоь ХИТ, наряду с коррозионными свойствами предъявляются требования по технологичности при обработке, в частности по технологической пластичности при глубокой вытяжке, „„5U „„1788064 А1 (54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЦИНКА ДЛЯ АНОДОВ И СПОСОБ ЕГО ОБРАБОТКИ (57) Использование: металлургия, изготовление анодов, Сплав на основе цинка для 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 для анодов включает нагрев до температуры горячего деформирования и деформирование при этой температуре. Нагрев осуществляют до температуры 100 — 120 С, затем проводят выдержку в течение 24 — 72 ч. 2 с.п, ф-лы, 2 табл.

Указанный известный сплав недостаточно пластичен при глубокой вытяжке, Сплав обладает недостаточной коррозионной стойкостью, что часто приводит к развитию питинговой коррозии анода в. присутствии электролита (даже в процессе хранения ХИТ) и преждевременному их выходу из строя. Кроме того этот сплав содержит такие токсичные элементы, как свинец и кадмий, что вызывает определенные трудности, связанные как с его выплавкой, так и с утилизацией отходов и отработанных ХИТ, Наиболее близким по составу к заявляемому и принятым в качестве прототипа является сплав для гальванических элементов, содержащий, мас,%:

Алюминий 0,05 — 0,5

Олово 0,01 — 0,5

Марганец 0,005 — 0,04

Титан и/или бор 0,006 — 0,05

Цинк Остальное

1788064

15

30 пол яризуемостью

Однако этот сплав недостаточно технологичен при глубокой вытяжке, Стенки анодов (стаканчиков) шероховатые, имеют следы растрескивания.

Как показали испытания, коррозионная стойкость сплавов Zn — (0,05 — 0,5) мас,%

Al — (0,01-0,5) мас.% Яп при содержании олова более 0,05 мас.% снижается, а введение же марганца, титана или бора увеличивает скорость коррозии в несколько раз.

Известен способ обработки алюминиево-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 позволяет зафиксировать при комнатной температуре состояние, 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 заявляемому является способ обработки цинковых сплавов, включающий нагрев слитков до температуры 140 — 210 С и прокатку при этой температуре, Этот способ принят в качестве прототипа. Однако для сплавов, содержащих индий он неприменим, так как вышеуказанная температура нагрева под прокатку высока для них, поскольку при нагреве по границам зерен происходит оплавление эвтектики цинк-индий, что приводит к растрескиванию сплава при прокатке, Известен сплав на основе цинка, содер>кащий индий — более 0,01 мас,% и галлий— более 0,01 мас,%, Указанный сплав используется в электродах сухих гальванических элементов, он достаточно коррозионностоек. Однако изза низкой пластичности его невозможно обрабатывать давлением, Этот сплав — используют в виде порошка, технология изготовления его сложна, трудоемка и малопроизводительна.

Целью изобретения является повышение технологической пластичности сплава при глубокой вытяжке, коррозионной стойкости, улучшение качества поверхности, Для достижения поставленной цели разработан сплав на основе цинка для анодов, содержащий алюминий, олово, который дополнительно содержит индий при следующем соотношении компонентов, ма с,% .

Алюминий

Олово

Индий 0,001 — 0,05

Цинк Остальное

Поставленная цель достигается также тем, что в способе обработки сплава на основе цинка для анодов, включающем нагрев до температуры горячего деформирования и деформирование при этой температуре, согласно изобретению, нагрев осуществляют до температуры 100 — 130 С, а затем проводят выдержку в течение 24 — 72 ч.

Заявляемый сплав с заданным соотношением компонентов требует обработки по заявленному способу, что и обеспечивает достижение поставленной цели,. Следовательно, заявляемые изобретения связаны единым изобретательским замыслом.

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

Введение алюминия 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 напряжением.

Кроме того, при содержании алюминия

0,1 — 0,7 мас.% сплав обладает минимальной

С увеличением содержания алюминия более 0,7 мас.% технологичность сплава остается на том же уровне, но резко увеличивается поля ризуемость, что нецелесообразно.

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

Введение олова в количестве 0,001 — 0,05 мас,% повышает коррозионную стойкость сплава, так как олово находится 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 сохраняется, но коррозионная стойкость снижается.

Увеличение содержания олова более

0,05 мас.% вследствие образования эвтектики цинк-олово, располагающейся по границам зерен, приводит к охрупчиванию сплава, Однако введение алюминия и олова недостаточно для достижения необходимой технологичности сплава. И только введение индия в пределах (0,001 — 0,05) мас,% повышает технологичность сплава при глубокой

1788064

50 вытяжке, При этом дополнительно возрастает коррозионная стойкость сплава, При содержании индия менее 0,001 мас, технологичность сплава при глубокой вытяжке снижается. На стенках анодов появляется чешуйчатость, гофра, растрескивание, не удается получить аноды необходимой высоты. Одновременно снижается и коррозионная стойкость сплава, При содержании индия более 0,05 мас.% не весь индий переходит в твердый раствор при нагреве под обработку давлением прокаткой, по границам зерен располагается эвтектика цинк — индий, что охрупчивает сплав, ухудшая его обрабатываемость и снижая технологичность при последующем обратном прессовании.

Известные способы обработки не позволяют избежать растрескивания при прокатке цинковых сплавов, содержащих индий.

При указанном содержании индия в сплаве оптимальной температурой нагрева под прокатку является 100 — 130 С.

Поскольку при 143 С индий образует с цинком эвтектику, располагающуюся flo границам зерен, температура нагрева с целью избежания оплавления по границам, не должна превышать 130 С.

С понижением температуры растворимость индия в цинке резко уменьшается.

Поэтому при температуре ниже 100 С не весь индий может перейти в твердый раствор, что отрицательно скажется на технологичности сплава.

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

Поскольку степень прохождения диффузионных процессов определяется не только температурным, но и временным режимом, минимальное время, необходимое для полного прохождения процесса, является важным параметром. Выдержка при температуре 100 — 130 С менее 24 ч недостаточна для полного растворения индия. Поэтому из-за неполного прохождения процесса растворения индия обрабатываемость сплава снижается", Продолжительность выдержки более 72 ч нецелесообразна, поскольку этого времени достаточно для полного растворения, а увеличение продолжительности нагрева сплава не экономично, Пример 1, Сплав выплавляли в индукционной печи. B качестве исходных материалов использовали цинк (ГОСТ 3640-79), 5

55 алюминий (ГОСТ 11069-74), олово (ГОСТ

860-75j, 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 прессования изготавливали аноды ("стаканчики").

Поверхность анодов ровная, гладкая. высота более 58,5 мм, выход годного составил 95 Потеря веса при коррозионных испытаниях составила 0,016 г/кв.см, т.е, коррозионная стойкость по крайней мере е

3 — 4 раза выше по сравнению с известными способами, Пример 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 ровная, гладкая, высота их более

58,5 мм, потеря веса составила 0,019 г/кв.см.

Таким образом, показатели по технологической пластичности и коррозионной стойкости значительно превышают указанные показатели, полученные известными способами.

Пример 3. Аналогично примеру 1 слитки нагрели до 130 С, выдержали 24 ч и изготовили аноды, высота которых превышала 58,5 мм, потеря веса составила

0,017 г/кв.см, что также значительно превосходит показатели, полученные известными способами.

Состав и свойства разработанного сплава, обработанного по предложенному способу, приведены в табл, 1 и 2.

Формула изобретения

1. Сплав на основе цинка для анодов, содержащий алюминий, олово, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения технологической пластичности сплава при глубокой вытяжке, корроззионной стойкости, улучшения качества поверхности, он 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

2, Способ обработки сплава на основе цинка для анодов, включающий нагрев до температуры горячего деформирования и деформирование при этой температуре, о т, л и ч а ю шийся тем, что нагрев осуществляют до 100-130 С, затем проводят выдержку в течение 24-72 ч.

1788064

Таблица 1!

Химический состав сплава

Табл и ца 2 с

Результаты испытаний по предлагаемому . и известному способам

Виды брака

«!!«) ! с- «/

Выход годного, Способ Параметры способа

Коррозионная стойкостьТемпера" тура нагрева! С

Время выдержки,ч

Потеря Подъем веса,«1 темпераг/кв«см туры, С ) 80, .чешуйчатость

Известный 170

0,619

0,061 1,7

0,016 0,5

Аналог ... 170.

Предлагае - 100 мый отсутствуют

II

110 !

"" 130

80 чешуичатость

« I I»

85 шероховатость 0,034

1,3

»

4) - в соответствии с СТ. СЭВ, 3845-82 время испытания 30 мин.

4<) - в соответствии с CT. СЭВ 3845-82 подъем температуры за 10 мин не должен превышать 2 С при испытании,в соляной кислоте (d = 1,05), и+)

- в соответствии с ТУ 16-563.033-86 минимальная высота анодов 58,5 мм

Составитель Б. Резник

Техред М,Моргентал

Редактор

Корректор Н. Король

Заказ 51, - - Тираж Подписное«

В Н ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям «при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Запределье 90 ные значения .140 !

48

24

Качество поверхности (наблюдаемые дефекты) 85 шероховатость

95 ровная, гладкая 95

0,019 0,7

0,017 .. 0,5

0,148 : 5,6 гофра, растрескивание,высота анодов менее 58,5 мм гофра гофра, трещины высота анодов менее 58,5 мм растрескивание