Сплав на основе цинка для анодов и способ его обработки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК я)5 С 22 С 18/04, С 22 Р 1/16 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) е АНИЕ ИЗОБРЕТ ния. ПИ(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЦИНКА ДЛ ДОВ И СПОСОБ ЕГО ОБРАБОТКИ (57) Использование: металлургия, изго ление анодов, Сплав на основе цинка анодов включает алюминий, олово. С дополнительно содержит индий при сл ющем соотношении компонентов, ма алюминий 0,1 - 0,7; олово 0,001 - 0,05; и 0,001-0,05; цинк - остальное. Способ о ботки сплава на основе цинка для ан включает нагрев до температуры горя деформирования и деформирование этой температуре, Нагрев осуществляю температуры 100 - 120 С, затем пров выдержку в течение 24 - 72 ч. 2 с.п, ф-л табл. Я АНОов следоварский инцветных а дляплав ндий браодов чего тдДЯы,сковски 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 - 0,04Титан и/или бор 0,006 - 0,05 Цинк Остальноеаааа К сплавам, пр товления корпусо онными с войс требования по те ботке, в частност стичности при глу К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) ГОСТ 3640-79 Цинк,Заявка Японии Ь 59-29662,кл, С 22 С 18/04, 1984,Заявка Японии М 59-10985,кл, С 22 С 18/04, 1984.СТП 08-12-45-83, Москва, МЗОЦМ,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 Еп,4 - 0,6) мас. , ВЬ - (0,04 - 0,06) мас,% Сб.Иэ него изготавливают аноды ХИТ в виде "стаканчиков", которые одновременно являются корпусами,едназначенным для изгоь ХИТ, наряду с коррозитчами предъявляются хнологичности при обраи по технологической плабокой вытяжке,) 1788064 А10 15 20 30 пол яризуемостью 35 40 45 50 55 Однако этот сплав недостаточно технологичен при глубокой вытяжке, Стенки анодов (стаканчиков) шероховатые, имеютследы растрескивания,Как показали испытания, коррозионнаястойкость сплавов 2 п - (0,05 - 0,5) мас,%А - (0,01-0,5) мас,% Яп при содержанииолова 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 дотемпературы выше 250 С, выдержку приэтой температуре в течение 1 - 500 ч и охлаждение со скоростью 200 - 0,00028 С/с,Этот способ позволяет зафиксироватьпри комнатной температуре состояние, полученное при температуре выдержки. Принагреве перед последующей деформациейпроисходит выделение избыточных фаз, что снижает технологичность сплава и приводит крастрескиванию 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 индийон неприменим, так как вышеуказаннаятемпература нагрева под прокатку высокадля них, поскольку при нагреве по границамзерен происходит оплавление эвтектикицинк - индий, что приводит к растрескиванию сплава при прокатке,Известен сплав на основе цинка, содеркащий индий - более 0,01 мас,% и галлий -более 0,01 мас,%,Указанный сплав используется в электродах сухих гальванических элементов, ондостаточно 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 сплавапри глубокой вытяжке, коррозионной стойкости, улучшение качества поверхности,Для достижения поставленной целиразработан сплав на основе цинка для анодов, содержащий алюминий, олово, который дополнительно содержит индий приследующемсоотношении компонентов,мас,% .АлюминийОлово 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 пределах0,1 - 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 образованияэвтектики 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 глубокой50 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 по 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,П р и м е р 1, Сплав выплавляли в индукционной печи. В качестве исходных материалов использовали цинк (ГОСТ 3640-79),5 10 15 20 25 30 35 40 45 55 алюминий (ГОСТ 11069-74), олово (ГОСТ860-75), индий (ГОСТ 10279-75). Полученныеслитки нагревали до 100 С, выдерживали 2ч и прокатывали на готовый размер. Из прокатанных полос вырубали рондели, из которых методом обратного прессованияизготавливали аноды (" стаканчики" ),Поверхность анодов ровная, гладкая.высота более 58,5 мм, выход годного соста.вил 956, Потеря веса при коррозионныхиспытаниях составила 0,016 г/кв.см, т.е,коррозионная стойкость по крайней мере е3 - 4 раза выше по сравнению с известнымиспособами,П р и м е р 2. Аналогично примеру 1полученные слитки из сплава на основе цинка нагрели до 110 С, выдержали 48 ч и прокатали на полосу, из которой вырубилирондели и изготовили аноды, Поверхностьанодов ровная, гладкая, высота их более58,5 мм, потеря веса составила 0,019 г/кв,см.Таким образом, показатели по технологической пластичности и коррозионной стойкости значительно превышают указанныепоказатели, полученные известными способами.П р и м е р 3, Аналогично примеру 1слитки нагрели до 130 С, выдержали 24 ч иизготовили аноды, высота которых превышала 58,5 мм, потеря веса составила0,017 г/кв,см, что также значительно превосходит показатели, полученные известными способами.Состав и свойства разработанногосплава, обработанного по предложенномуспособу, приведены в табл, 1 и 2.Формула изобретения1. Сплав на основе цинка для анодов,содержащий алюминий, олово, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышениятехнологической пластичности сплава приглубокой вытяжке, корроззионной стойкости, улучшения качества поверхности, он дополнительно содержит индий приследующем соотношении компонентов,мас %Алюминий 0,1-0,7Олово 0,001 - 0,05Индий 0,001 - 0,05Цинк Остальное2, Способ обработки сплава на основецинка для анодов, включающий нагрев дотемпературы горячего деформирования идеформирование при этой температуре, о т,л и ч а ю щ и й с я тем, что нагрев осуществляют до 100-130 С, затем проводят выдержку в течение 24-72 ч.1788064 Таблица 1 Химический состав сплава т ц Результаты испытаний по прен известному способам лагаемому ааааа е ее е иды брака) етры способ Коррозионна стойкостьпо о Времявыдержки ,ч г щ Потеря Подъем веса,1 темпера г/квасм туры, С на 6 чешуйчатость 80 стрескиваа анодов а, р высо е 58 шероховатость 85 5 б длаг О, 016 ная,г с К В 5 01 110 4813024ания 30 ми 2 С за 10 ми не должен превыша температ5) 8 ная высота анодо Составитель Б. РезникТехред М,Моргентал Корректор Н. Король КТ аз 51, - Тираж . Подписное"В Н ИИПИ Государственного комитета по изобретениями открытиям апри ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 одственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 вестйый алог ; Пара Темп тура грев 170(наблюдаемыедефекты) 26 гофрние, мене 1,7 гбфр 0,5 отсу гоф выс нее рас