Pb-Sb合金的性质及相图分析

Pb-Sb合金的性质见表2-3。

表2-3 Pb-Sb合金性质

（续）

图2-1表示Pb-Sb合金的电阻率对于Sb含量的函数关系。图中一条平行于横坐标轴的直线表示美国MF-80合金Pb-Ca-Sn的电阻率。其电阻率比几种锑含量的Pb-Sb合金分别低6.4%、11.2%和15.5%。可以看出，低锑、甚低锑合金的电阻率低，适合性能好的薄型极板、板栅的需要。

图2-2是测流动性的螺旋试验器测出的Pb-Sb合金的流动性对于锑含量的函数关系（模具温度180℃）。与锑含量为11%的Pb-Sb合金及纯Pb相比，普通Pb-Sb合金的流动性不太好。合金锑含量降低时，流动性就会大大降低。普通低锑合金的流动性最差。

如果锑含量降至1.5%以下，流动性就会显著增加。甚低锑合金的流动性要好得多。这一点从下面Pb-Sb合金相图的讨论中可以得到说明。

图2-1 Pb-Sb合金的电阻率对于Sb含量的函数关系

①—6.4% ②—11.2% ③—15.5%

图2-2 Pb-Sb合金的流动性对Sb含量的函数关系

用来表示各种组成的Pb-Sb合金的状态随温度而变化的图示即Pb-Sb体系平衡相图（图2-3）。

先说两个概念。

相（phase）：相是一个体系（system）的任何均匀部分。相与相之间有分界面，因此任何相可以机械地和体系的其它部分分开。例如在饱和糖溶液中存在有糖块，这个体系就是两相。

图2-3 Pb-Sb合金相图（101325Pa压强下）

组分（component）数：表示平衡体系（equilibrium system）各相组成的独立变动的最少的物质数目叫组分数。如冰、水和水蒸气三相平衡时，三相中的物质组成都是H₂O，组分数为1。热力学中的相律规定了平衡体系中组分数C、相数P和自由度（degree of freedom）f（自由度指可变因素，如温度、压强、组成等）之间的关系为

f=C-P+2 （2-1）

在压强一定时 f=C-P+1 （2-2）(www.xing528.com)

现在来看图2-3。图中AC和BC表示液相组成线。AD和DF表示α-固溶体（Pb中溶有少量Sb）组成线；BE和EH表示β-固溶体（Sb中溶有少量Pb）组成线。假如组成为L的液相合金逐渐冷却，最先析出的α-固溶体的组成为S。温度继续下降，液相成分沿LC变化，固相的组成沿SD变化。当温度降至C点时，组成为D的α-固溶体和组成为E的β-固溶体同时以（α+β）共晶体的组成形式析出。这一点和低共熔混合物（eutectic mixture）不同。此温度（252℃）称为共晶温度或低共熔点（eutectic point）。这时是三相（两个固相和液相）共存，成为一个不变体系，即体系的自由度f为零。根据式（2-1）和式（2-2），这里组分数C=2，相数P=3，所以f=0。这时，除非液体全部凝固（相数变为2），温度是不会变化的。在液体以共晶组成（α+β）全部凝固后，温度继续下降，α-固溶体和β-固溶体的组成分别沿DF和EH变化。冷却至室温，α-固溶体的锑含量如F所示（约0.4%）。

上述冷却过程指的是冷却速率无限缓慢的理想情况，在实际的板栅浇铸生产中，需要保持一定的冷却速率，才能获得细小的结晶。α-固溶体的组成还未来得及变化，板栅已冷却至室温。随后，从α-固溶体中慢慢析出一部分β-固溶体。由于是在固相中析出，扩散相当困难，这些β-固溶体夹杂在晶粒之间，使板栅的耐腐能力大为下降。同时，锑在局部地方过多造成内部应力不均匀，使板栅变脆。

这里对Pb-Sb合金相图的左边局部（见图2-4）再作些讨论。

图2-4 Pb-Sb合金相图（局部）

图2-4中，AD是理想情况下的α-固溶体的凝固线。实际铸造板栅时的凝固线为AD′。这是低锑合金迅速凝固的实际描述。锑含量低于6%时，凝固温度范围（液相和固相共存）是颇大的。锑含量为3.45%（D点）的合金的理论和实际的凝固温度范围是相同的，都是307～252℃（B、D纵标之差），即范围为55℃。锑含量为2.75%的合金凝固温度范围应减小为38℃（C、E纵标之差），可实际上为60℃。凝固温度范围变宽使合金流动性降低，增加了裂化趋势。可以用加入晶核的方法克服裂化趋势。锑含量进一步降低会使板栅铸造成型更加困难。由于凝固温度范围变宽，最后共晶体的量很少，就是加入晶核，要防止热裂也很困难。美国RSR公司的MF-80合金的锑含量为0.75%，其实际凝固温度范围为22℃（40！）。当锑含量降低时，共晶体大量减少。这是Pb-Sb合金的电阻率随锑含量降低而降低的原因。

图2-5 Pb-Sb合金中共晶体含量对于锑含量的函数关系

图2-5表示的是Pb-Sb合金中共晶体含量对于锑含量的函数关系。如图所示，锑含量在1%以下时，共晶体含量很少，可以忽略不计。这么少的共晶体，使凝固温度范围缩小，而合金的浇铸成型性增加。

图2-6为锑含量4.25%的Pb-Sb合金结构，其中白色微粒是Pb-Sb共晶体，占27%。

图2-6 Pb-Sb 4.25%合金的结构

图2-7是美国生产的锑含量2.75%的R275合金的晶粒结构图，共晶体约占10%。

图2-7 R275合金的晶粒结构

图2-8是MF-80合金（锑含量0.75%）结构图，实际上结构中几乎没有共晶体。一些白色微粒是大量的晶核微粒而不是共晶体。

图2-8 MF-80合金的结构

随着锑含量的降低，共晶体含量减少，显著提高了合金的导电性能和耐腐蚀性能。Pb-Sb合金正板栅腐蚀的主要原因是锑含量高的合金中共晶体的连续不断的浸溶作用。被浸溶的锑进入电解液并在充电过程中沉积在负极板上。如果锑均匀地分布于整个板栅而且未被浸溶，正板栅的腐蚀就会大大减缓^【4】。