Свинец ССуА

Свинцово-сурьмянистый сплав ССуА — общие сведения

Свинец ССуА — свинцово-сурьмянистый сплав аккумуляторного назначения, регламентируемый ГОСТ 1292-81 «Сплавы свинцово-сурьмянистые. Технические условия». Буквы «ССу» в маркировке обозначают «сплав сурьмянистый», а буква «А» указывает на аккумуляторное назначение. Содержание сурьмы в сплаве варьируется в широком диапазоне — от 2,0 до 7,0 %, что позволяет подбирать конкретный состав под задачи потребителя: от тонких токоотводных решёток до массивных деталей химической аппаратуры.

Стандарт распространяется на свинцово-сурьмянистые сплавы, выпускаемые в виде чушек и блоков для производства оболочек кабелей, аккумуляторов и изделий общего назначения. Сплав ССуА относится к доэвтектическим сплавам системы Pb–Sb (эвтектика в этой системе соответствует примерно 13 % Sb при температуре около 246 °C). Благодаря добавке сурьмы свинец приобретает повышенную твёрдость, прочность и улучшенные литейные свойства при сохранении высокой коррозионной стойкости в кислых средах.

Химический состав сплава ССуА по ГОСТ 1292-81

Химический состав марки ССуА установлен таблицей ГОСТ 1292-81. Основной легирующий компонент — сурьма (Sb). Остальные элементы нормируются как примеси с предельно допустимым содержанием.

Суммарная массовая доля всех примесей в сплаве ССуА — не более 0,30 %.

Согласно п. 1.4 ГОСТ 1292-81, в сплаве ССуА допускается введение олова (Sn) в качестве основного компонента — его содержание устанавливается по согласованию между изготовителем и потребителем. Олово повышает текучесть сплава и улучшает смачиваемость при заливке решёток.

Дополнительные требования для аккумуляторных сплавов

Для сплавов, предназначенных для производства аккумуляторов, ГОСТ 1292-81 (п. 1.3) устанавливает ужесточённые нормы по ряду элементов:

Эти ограничения обусловлены тем, что натрий, магний и никель в аккумуляторном сплаве ускоряют коррозию токоотводов и увеличивают саморазряд батареи.

Влияние сурьмы на свойства свинцового сплава

Чистый свинец — мягкий металл с невысокой механической прочностью (предел прочности на растяжение около 12–13 МПа). Введение сурьмы существенно изменяет его свойства.

Повышение твёрдости и прочности. Сурьма увеличивает твёрдость свинцового сплава. С ростом содержания Sb от 2 до 7 % твёрдость сплава возрастает по сравнению с чистым свинцом. Это позволяет использовать сплав в конструкциях, работающих под нагрузкой, — токоотводных решётках аккумуляторов, листах для облицовки оборудования и других изделиях.

Улучшение литейных свойств. Добавка сурьмы повышает жидкотекучесть расплава и снижает температуру ликвидуса. Сплав ССуА даёт чёткие, воспроизводимые отливки с хорошим заполнением формы, что особенно важно при отливке тонкостенных токоотводных решёток аккумуляторов.

Повышение коррозионной стойкости. Свинцово-сурьмянистые сплавы обладают высокой устойчивостью к воздействию серной и соляной кислот. Эта стойкость обусловлена образованием плотной защитной плёнки сульфата свинца (PbSO₄) на поверхности металла в сернокислых средах.

Вместе с тем, сурьма способствует электролизу воды в аккумуляторе: при содержании Sb выше 4–5 % возрастает газовыделение (водород и кислород) при заряде, что приводит к повышенному расходу воды из электролита. Поэтому в современных необслуживаемых батареях применяют низкосурьмянистые составы (1,5–3 % Sb) или бессурьмянистые сплавы на основе Pb–Ca. Однако для традиционных обслуживаемых аккумуляторов и промышленных стационарных батарей сплавы с содержанием сурьмы 5–7 % по-прежнему широко используются, так как обеспечивают лучшие литейные свойства и стойкость к циклическим нагрузкам.

Применение свинца ССуА в промышленности

Область применения сплава ССуА определена Приложением 1 к ГОСТ 1292-81: производство аккумуляторов, коррозионностойкой аппаратуры и использование в химической промышленности.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Основное назначение сплава ССуА — отливка токоотводных решёток (гридов) свинцово-кислотных аккумуляторов. Токоотвод служит несущей конструкцией электродной пластины: ячейки решётки заполняются активной массой на основе оксидов свинца (PbO), замешанных с разбавленной серной кислотой в пасту. После электрохимической формовки положительная пластина содержит диоксид свинца (PbO₂), а отрицательная — губчатый свинец (Pb).

Содержание сурьмы в диапазоне 2–7 % обеспечивает баланс между литейными свойствами (для качественной отливки тонких решёток) и электрохимическими характеристиками (допустимый уровень газовыделения при заряде). Для токоотводов тонких пластин, как правило, используют составы с содержанием сурьмы 5–7 %, для более массивных деталей (баретки, выводные борны, межэлементные соединения) — составы с 3–5 % Sb.

Помимо стартерных батарей, сплав ССуА применяется в тяговых аккумуляторах для электропогрузчиков, в стационарных батареях систем бесперебойного электроснабжения и резервного питания.

Химическая промышленность и гальваника

Свинцово-сурьмянистый сплав устойчив к действию серной, соляной и плавиковой кислот. Это определяет его применение в химическом машиностроении: из сплава ССуА изготавливают футеровку реакторов и ёмкостей, трубопроводы для транспортировки кислых сред, запорную арматуру и другие элементы кислотоупорного оборудования. В сернокислотном производстве свинцовая облицовка защищает стальные конструкции от разрушения агрессивной средой.

В гальваническом производстве сплав ССуА используется для облицовки гальванических ванн, контактирующих с электролитом. Свинцово-сурьмянистые аноды из сплавов ССу применяются в линиях хромирования и нанесения защитных гальванических покрытий.

Кабельная промышленность

Согласно ГОСТ 1292-81, свинцово-сурьмянистые сплавы предназначены, в том числе, для производства оболочек кабелей. Свинцовая оболочка обеспечивает защиту токопроводящих жил от влаги, механических повреждений и химически агрессивных сред. Кабели в свинцовой оболочке применяются в условиях повышенной влажности, при прокладке в грунтах с агрессивными химическими свойствами и в иных тяжёлых условиях эксплуатации, где полимерные или алюминиевые оболочки не обеспечивают достаточной защиты. Для кабельных оболочек ГОСТ 1292-81 (п. 1.2) дополнительно нормирует содержание серебра (не более 0,002 %), суммы кальция, магния и натрия (не более 0,04 %) и никеля (не более 0,002 %).

Формы поставки свинцово-сурьмянистого сплава ССуА

По ГОСТ 1292-81 сплав ССуА выпускается в следующих формах:

Поверхность чушек и блоков не должна иметь порошкообразных окислов, шлаков и посторонних включений. Допускаются цвета побежалости на поверхности.

Помимо стандартных чушек и блоков, поставщики металлопродукции предлагают свинцово-сурьмянистые сплавы также в виде листов, плит и анодов — в зависимости от требований потребителя и области применения.

Приёмка, маркировка и хранение сплава ССуА

Сплав ССуА поставляется партиями. Каждая партия состоит из чушек или блоков одной марки и оформляется документом о качестве, который содержит: наименование и марку сплава, номер партии, номера плавок, массу нетто, результаты химического анализа каждой плавки и дату изготовления.

На каждой чушке обозначается товарный знак предприятия-изготовителя (литой), выбивается марка сплава и номер плавки. Определение химического состава проводится по ГОСТ 1293.0–ГОСТ 1293.14 и ГОСТ 13348.

Контроль качества осуществляется отбором каждой тридцатой чушки (при массе партии до 6 т) или каждой пятидесятой чушки (при массе свыше 6 т). Для блоков отбирается один блок от партии. При неудовлетворительных результатах проводят повторные испытания на удвоенной выборке.

Хранение свинцово-сурьмянистых чушек и блоков допускается на открытых площадках или под навесом. Сплав не теряет своих свойств при длительном хранении, так как свинец на воздухе покрывается тонкой защитной оксидной плёнкой.

Требования безопасности при работе со сплавом ССуА

Свинец и сурьма относятся к веществам 1 и 2 классов опасности по ГОСТ 12.1.005. Свинцово-сурьмянистые сплавы пожаро- и взрывобезопасны. Однако при плавке, разливе и подготовке проб вредные вещества могут поступать в организм в виде аэрозолей через органы дыхания и кожу.

Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны: свинец — 0,01/0,005 мг/м³; сурьма — 0,5/0,2 мг/м³. При работе с расплавом необходимо обеспечить вытяжную вентиляцию, применять средства индивидуальной защиты (респираторы, защитные перчатки, спецодежду) и соблюдать требования ГОСТ 12.1.005 и ГОСТ 12.1.007.