UTILIZATION OF A LEAD-ANTIMONY ALLOY

Abstract: 1. Application of a lead-antimony-alloy consisting of 0.1 to 3.5% by weight antimony, 0.01% to 0.1% by weight tellurium, rest lead with impurities subject to its production and containing in case one or more of the additions 0.001 to 0.008% by weight sulfur, 0.005 to 0.035% by weight selenium, 0.005 to 0.5% by weight tin, 0.005 to 0.1% by weight silver, 0.01 to 0.4% by weight arsenic and 0.01 to 0.05% by weight bismuth for the production of rolled and heat treated sheet metal and strips having a high structure stability for manufacturing strip plates for storage batteries by cutting.

Description: Verwendung einer Blei-Antimon-Legierung Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Blei-Antimon-Legierung der Zusammensetzung 0,10 bis 3,50 Gew. % Antimon, 0,01 bis 0,10 Gew. % Tellur, Rest Blei, mit herstellungsbedingten Verunreinigungen zur Herstellung von Gittern der Elektroden von Bleiakkumulatoren. Für die Gitter der meisten Bleiakkumulatoren werden Blei-Antimon-Legierungen verwendet, wobei der Trend zu Legierungen mit niedrigem Antimongehalt geht (DE-PS 21 51 733, DE-AS 24 39 729). Antimon beeinflusst das elektrochemische Verhalten des Bleiakkumulators dadurch, dass es bei der Korrosion der positiven Gitter freigesetzt und auf der Oberfläche der negativen Elektrode abgeschieden wird. Hierdurch werden die Waserstoffüberspannung erniedrigt und die Selbstentladung sowie der Wasserverbrauch erhöht. Andererseits verbessert das Antimon in den positiven Gittern die Eigenschaften der positiven Elektroden bei zyklischer Beanspruchung des Bleiakkumulators. Es verhindert das Abschlammen der positiven Masse von den Gittern, so dass ein beschleunigter Rückgang der Kapazität vermieden wird. Im Hinblick auf eine geringe Selbstentladung und verminderten Wartungsaufwand des Bleiakkumulators wird eine Reduzierung des Antimongehaltes angestrebt. Allerdings führt die Senkung des Antimongehaltes zu erhöhten Verarbeitungsschwierigkeiten der Blei-Antimon-Legierung. Insbesondere werden jedoch die Giesseigenschaften beeinträchtigt. Um die Schwierigkeiten bei der Verarbeitung der antimonarmen Bleigusswerkstoffe zu überwinden, sind ihnen weitere Legierungskomponeten zugesetzt. So vermindern Arsengehalte von 0,02 bis 0,50 Gew. % die Metallverluste durch Oxidation beim Vergiessen und erhöhen gleichzeitig Härte und Kriechfestigkeit der Antimon-Blei-Legierung. Kupferzusätze von 0,01 bis 0,10 Gew. E verringern die Metallverluste durch Oxidation beim Vergiessen und unterstützen die kornfeinende Wirkung, wenn der Legierung noch 0,002 bis 0,012 Gew. % Schwefel zugesetzt sind Für die Verarbeitung derartiger Legierungen sind Zusätze von 0,005 bis 0,100 Gew. % Selen als Gieuereihilfsmittel zur Kornfeinung geeignet. Mit den alternativ verwendbaren Schwefelzusätzen ist ebenfalls eine befriedigende Kornfeinung des Gussgefüges möglich. Ein Zusatz von 0,002 bis 0,500 Gew. 5 Zinn hat die Aufgabe, die ruhenden Schmelzen vor Oxidation zu schützen, bei bewegten Schmelzen das Einsetzen stärkerer Verkrätzung zu verzögern und das Auslaufverhalten der Gitter zu verbessern. Die aus den vorbeschriebenen antimonarmen Bleilegierungen hergestellten Gitter von Elektroden für Bleiakkumulatoren weisen Selbstentladungssicherheit, Wartungsfreiheit und Zyklenfestigkeit auf. Je stärker der Antimongehalt der Bleilegierung reduziert wird, um so genauer müssen die Gehalte weiterer Legierungszusätze wie Kupfer, Arsen, Schwefel, Selen usw. eingestellt werden. Ferner ist eine thermische Verbesserung der für die Verarbeitung der antimonreichen Bleilegierungen konstruierten Giessformen erforderlich. Diese Nachteile können vermieden werden, wenn die antimonarmen Bleilegierungen - ausgehend von gewalzten dünnen Blechen und Bändern - durch spanabhebende Formgebungsverfahren, wie Strecken, Stanzen oder dergleichen zu Gittern der Elektroden von Bleiakkumulatoren verarbeit werden (DE-OS 29 07 227). Durch diese Fertigungsverfahren ergibt sich aufgrund der Gewichtsreduzierung des einzelnen Gitters eine Anhebung der Energiedichte. Ein wesentlicher Nachteil der antimonarmen Bleilegierungen ist jedoch darin zu sehen, dass diese im Falle einer starken plastischen Verformung eine rasche Rekristallisation verbunden mit einer diskontinuierlichen Gefügeentmischung erleiden, wodurch ihre guten mechanischen und korrosionschemischen Eigenschaften verloren gehen. Eine Wiederherstellung dieser positiven Eigenschaften ist demnach nur durch eine Aushärtungsbehandlung des verformten Werkstoffs möglich. Problematisch ist dabei, dass der verformte Werkstoff bei der Homogenisierung in starkem Masse zur Sekundärrekristallisation neigt, so dass nach der Homogenisierung ein sehr grobkörniges und damit stark korrosionsanfälliges Gefüge vorliegt. Die Lösung dieses Problems besteht erfindungsgemäss in der Verwendung der eingangs genannten Blei-Antimon-Legierung mit Gehalten von 0,10 bis 3,50 Gew. % Antimon, 0,01 bis 0,10 Gew. % Tellur, Rest Blei zur Herstellung von eine hohe Gefügestabilität aufweisender gewalzter und wärmebehandelter Bleche und Bänder zur Erzeugung von Gittern der Elektroden von Bleiakkumulatoren durch spanabhebende Formgebung. Ferner können der BLeilegierung noch 0,0cm bis 0,008 Gew. % Schwefel oder 0,005 bis 0,035 Gew. 8 Selen, die zur Verbesserung der Qualität des Gussvormaterials dienen, zugesetzt sein. Auf diese Komponenten kann je nach Verfahrensführung jedoch verzichtet werden, da dadurch die gefügestabilisierende Wirkung des Tellurs in keiner Weise beeinträchtigt wird. Gegebenenfalls ist es zweckmässig, der Bleilegierung noch 0,005 bis 1,0 Gew. % Zinn, 0,005 bis 0,5 Gew. % Silber und/oder 0,01 bis 0,05 Gew. % Wismut zur Verbesserung cer Zyklenfestigkeit der hergestellten Batterien und 0,01 bis 0,4G Gew. % Arsen zur Beschleunigung der Festigkeitssteigerung nach der Homogenisierung zuzusetzen. Aus Z. Metallkunde 70 (1979) Seite 765, Dr. Riederer-Verlag GmbH, Stuttgart ist zwar eine 2,5 % Antimon unä 0,1 % Tellur enthaltende Bleilegierung zur Herstellung Batteriegittern bekannt, die jedoch im Unterschied zum Anmeldungsgegenstand durch Giessen hergestellt werden, wobei Tellur ornfeinend wirkt. Bei der erfindungsgemäss zusammengesetzten Bleilegierung und der daraus hergestellten Gitter der Elektroden von Bleiakkumulatoren sind Wartungsfreiheit, Selbstentladungss-cherheit, Zyklenfestigkeit der Batterien und cute Verarbeitbarkeit der Legierung in optimaler Weise miteinander verbunden. Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher und detailliert erläutert: Ein Gussblock einer antimonarmen Bleilegierung (Gew. %) der Zusammensetzung Pb, 0,96 Sb und 0,0,2 Te wurde an 1 mm abgewalzt und ausgehärtet. Dadurch hat sich ein senr feinkörniges (Durchmesser 0,05 bis 0,10 mm) homocen entinischtes Gefüge eingestellt. Die Makrohärte dieses Werkstoffs erreichte wenige Stunden nach der Wärmebehandlung Werte bis zu 10 kp/mm2 und stieg im weiteren Verlauf der Auslagerung stetig an, so dass bereits nach einer Woche eine Makrohärte von 13 bis 14 kp/mm2 erreicht war. Für die Zugfestigkeit gz (N/mm2) wurden Werte von 50 bis zu 80 ermittelt, während die Bruchdehnung bei 30 bis 40 % lag. Die aus dem so vorbehandelten Band hergestellten Streckmetallgitter wurden nach dem Pastieren mit negativen Elektroden zu Starterbatterien assembliert und anschliessend batterietechnisch mit dem Ergebnis geprüft, dass nur eine minimale Selbstentladung vorlag, mehr als 300 Lade-/Entladezyklen durchgehalten wurden und praktisch Wartungsfreiheit gewährleistet war. Nach der Prüfung wurden die Zellen ausgebaut und die Elektroden lichtmikroskopisch untersucht. Dabei wurde ein lichtmikroskopisch kaum messbarer, flächenmässiger Korrosionsabtrag an den positiven Masseträgern festgestellt. Weitere Vorteile sind darin zu sehen, dass durch die geeignete Wahl der Antimon-, Arsen- und Tellurgehalte optimale Eigenschaften für den Einsatz der Gitter für Elektroden von Bleiakkumulatoren erzielt werden. Es können je nach den Herstellungsbedingungen Härtewerte erreicht werden, die beachtlich über denen von handelsüblich hergestellten gegossenen Gittern liegen. Eine problemlose Weiterverarbeitung der Bleche und Bänder zu Masseträgern ist durch die ausreichende Bruchdehnung gewährleistet. Auch ist eine Minderung der Festigkeit und der Korrosionsbeständigkeit bei der anschliessenden Formierung und Reifung der Masseträger durch kurzzeitige Temperatureinwirkung nicht gegeben. Dieses wird insbesondere durch die durch den Tellurzusatz bewirkte hohe Gefügestabilität erzielt. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen antimonarmen Blei-Antimon-Tellur-Legierung besteht darin, dass die daraus hergestellten Bleche und Bänder auch im chemischen Apparatebau und im Bauwesen einsetzbar sind.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Verwendung einer Blei-Antimon-Legierung der Zusammensetzung 0,10 bis 3,5 Gew. % Antimon, 0,01 bis 0,10 Gew. % Tellur, Rest Blei, mit herstellungsbedingten Verunreinigungen, zur Hestellung von eine hohe Gefügestabilität aufweisender gewalzter und wärmebehandelter Bleche und Bänder zur Erzeugung von Gittern der Elektroden von Bleiakkumulatoren durch spanabhebende Formgebung. 2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, die noch 0,001 bis 0,008 Gew. % Gew. % Schwefel enthält, für den Zweck nach Anspruch 1. 3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die 0,005 bis 0,035 Gew. % Selen enthalt, für den Zweck nach Anspruch 1. 4. Verwendung einer Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, die noch 0,005 bis 0,500 Gew. % Zinn enthält, für den Zweck nach Anspruch 1. 5. Verwendung einer Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, die noch 0,005 bis 0,10 Gew.% Silber enthält, für den Zweck nach Anspruch 1. 6. Verwendung einer Blei-Antimon-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, die noch 0,01 bis 0,40 Gew. % Arsen enthält, für den Zweck nach Anspruch 1 7. Verwendung einer Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, die noch 0,01 bis 0,05 Gew. % Wismut enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

Inventors: HEUBNER, ULRICH, DR., DIPL.-ING., NILMEN, FEHMI, DR., DIPL.-ING., SANDIG, HARTMUT, DR., DIPL.-PHYS.
Applicants: METALLGESELLSCHAFT AG
Application year: 1981
Main classification: C22C11
IPC codes: C22C11