[发明专利]免维护密闭铅酸蓄电池超低锑板栅合金材料

说明书

本发明涉及铅基合金材料，特别是用于免维护密闭铅酸蓄电池的超低锑板栅合金材料。

铅酸蓄电池中所使用的铅基含锑板栅合金，其锑含量一般高于6%，这种合金的机械强度较高，而且由于Sb的含量较高，使得合金的耐腐蚀性差，析氢量高，因而无法在密闭蓄电池中使用，近年来，国内外在此项研究中，采用含锑量为1.8～4%的低锑合金，然而随着Sb含量的降低，合金的实际凝固范围变宽，形成很宽的双相区，合金表现出流动性的急剧下降，甚至在凝固过程中产生微观裂纹，造成合金机械强度下降。为此，人们加入以As为主的变晶剂，生产Pb-Sb-As合金，而As及其氧化物是剧毒物质，受到环境保护的严格限制，同时As的加入又严重地影响了合金的韧性，使材料的工艺性下降。

本发明的目的即为提供Sb含量低，强化基体元素不含有毒物质的超低锑板栅合金材料方案，以满足免维护密闭铅酸蓄电池对板栅材料的要求。

本发明的目的是这样实现的。

免维护密闭酸蓄电池超低锑板栅合金材料由Pb、Sb和强化基体元素组成。它的合金化学成分（重量）可以分别为：

（1）Sb0.4%，Li0.08%，S0.02%，其余为Pb。

（2）Sb0.6%，K0.04%，Na0.05%，Sn0.2%，其余为Pb。

（3）Sb0.4%，Na0，1%，Cu0.05%，其余为Pb。

（4）Sb0.75%，Ag0.02%，Na0.05%，其余为Pb。

（5）Sb0.3%，Li0.05%，Ag0.1%，Sn0.1%，其余为Pb。

（6）Sb0.4%，Na0.2%，K0.5%，Cu0.3%，S0.5%，Sn0.2%，其余为Pb。

（7）Sb0.56%～0.75%，Na0.05%～0.1%，Cu0.05%～0.2%，Sn0.3～0.5%，其余为Pb。

该合金材料板栅可以通过下述方法制得：将Pb和Sb入坩埚内，用电炉加热至480～500℃，形成合金溶液，然而再将由Na，Cu，Sn，K，Li，S，Ag或Al组成的复合强化剂加入，进行配制，并保温11分钟，然后将合金溶液浇入石墨模具制成板栅，再经过3-5天的化成时间，即可用来组装蓄电池。

本发明中的复合强化剂是以变晶、强化、增加流动性为一体的三元金属化合物，当溶于0.3～0.75%的Pb-Sb合金溶液时，复合强化剂与Pb，Sb是一个重结合过程。微量的变质元素Cu，S或Ag与Pb可形成难溶化物析出，在溶液中形成大量的固相质点作为异形核核心，所选择的变质元素Cu，S，Ag与Pb同属一种晶格类型，并且匹配度、变质效果好，从而赋予合金以良好的韧性，使合金组织致密细化，提高了抗腐蚀力;复合强化剂中强化元素Li，K或Na可与铅基体存在着一定的固溶度，部分元素进入铅晶格，形成固溶体，固溶原子大于Pb的八面体间隙而产生畸变，造成材料的强化。

强化相元素的选择是根据应变能力与固溶体稳定性的关系，较小原子半径的元素进入铅基体，才能进行较稳定的固溶体，在合金冷却时部分溶质元素析出，使金属化合物点分布于铅基体，所形成的PbA₃型化合物的硬度远远大于纯Pb。晶界析出物是影响晶界移迁的主要因素，加入锡可以影响铅的晶界移动速度，随着锡在铅中的含量增加，晶界移动速度随之降低，从而晶界的钉扎使材料的强度明显提高。由于锑的含量很小，也使得合金具有较高的析氢过电位。另外经过X射线光电子谱分析证明，合金的腐蚀产物为活性物质接触良好的PbO₂腐蚀膜，而不含PbSO₄。

本发明所提供的免维护密闭铅酸蓄电池超低锑板栅合金，具有良好的机械性能，耐腐蚀性，铸造工艺性以很少的析氢量等优良的电化学性能。用其组装成12VAh的密闭电池经实测证明，它的容量达107.3;高速放电达31小时，密封反应效率达99.3%;深循环寿命高达420次。

本发明的合金材料可以有多种实施方案，如：

（1）Sb0.4%，Na0.05%，Li0.08%，其余Pb。

（2）Sb0.56%，Na0.1%，Cu0.2%，Sn0.3%，其余Pb。

（3）Sb0.36%，Li0.09%，其余Pb。

（4）Sb0.4%，Na0.08%，其余Pb。

（5）Sb0.36%，K0.06%，Cu0.05%，其余Pb。

（6）Sb0.75%，Cu0.05%，Ag0.03%，Al0.02%，其余Pb。

（7）Sb0.3%，K0.01%，S0.02%，其余Pb.