CN108193110A - 一种镁合金阳极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁合金阳极材料的制备方法，包括退火过程，其特征在于，所述退火为均匀化退火。本发明在制备镁合金阳极材料时采用均匀化退火，促进Mg17Al12相的剥落，且使镁基体和Al8Mn5颗粒的组成相对均匀，进而促进放电过程，提高了镁合金阳极材料的电化学活性。

Description

一种镁合金阳极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及阳极材料技术领域，具体涉及一种镁合金阳极材料的制备方法。
背景技术
镁合金由于活性高，电池电压高，电压范围宽，功率密度高，密度相对低，电极电位低，寿命长等特点，已被开发成为海水中使用的阳极材料，如声纳浮标，信标，应急设备，气囊电池和救生衣。AP65是镁阳极Mg-6％Al-5％Pb(质量分数)主要成分之一。据报道，铝可以提高镁合金在氯化钠溶液中的表面活性，并影响镁合金的耐蚀性。虽然铅不环保，镁合金的活性也会随铅的添加而增加。
Udhayan等[R.Udhayan,D.P.Bhatt,J.Power.Sources.63(1996)105-110.]研究了不同浓度的高氯酸镁溶液中AP65阳极的电化学行为，发现其电极/电解质界面过程由活化控制反应决定。对于海水电池***中使用的镁阳极，电化学性能是相当重要的。镁合金表现出强烈的电化学活性和热力学负平均电位。然而，由于腐蚀产物覆盖在阳极表面，导致延迟达到稳定状态并降低放电速率，所以它们的负电势显着减小。
AP65阳极的放电活性由镁基体的组成和第二相的性质决定，而铸态阳极中的第二相Mg17Al12相会阻碍放电过程，降低放电活性。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种镁合金阳极材料的制备方法，以实现提高镁合金阳极材料电化学活性的目的。
本发明提出的一种镁合金阳极材料的制备方法，包括退火过程，所述退火为均匀化退火。
优选地，所述制备方法包括如下步骤：
S1、在氩气的氛围中将纯镁在电阻炉中熔化后，加入合金元素，保温，搅拌，得到熔融态合金；
S2、将熔融态合金倒入矩形钢模具中预热熔铸成铸件后冷却至室温，在电阻炉中均匀化退火后，水淬，打磨，抛光，清洗，干燥，得到镁合金阳极材料。
优选地，S1中，纯镁的纯度为99.99％及以上。
优选地，S1中，合金元素包括纯铝、纯铅和Al-30％Mn合金。
优选地，纯铝的纯度为99.99％及以上。
优选地，纯铅的纯度为99.99％及以上。
优选地，S1中，在500-1000℃的温度下加入合金元素。
优选地，S1中，保温的温度为500-1000℃，时间为10-20min。
优选地，S1中，搅拌的时间为1-10min。
优选地，S2中，预热的温度为100-300℃。
优选地，S2中，均匀化退火在稀有气体的氛围中进行。
优选地，均匀化退火在氩气的氛围中进行。
优选地，S2中，均匀化退火的温度为300-1000℃，时间为1-72h。
优选地，S2中，采用SiC砂纸进行打磨。
优选地，S2中，采用0.2-1μm金刚石浆料进行抛光。
优选地，S2中，清洗采用乙醇超声清洗。
优选地，S2中，干燥采用冷空气干燥。
本发明对步骤1中纯镁熔化时所使用的设备并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的设备即可；本发明优选为电阻炉。
本发明对步骤2中预热熔铸成铸件的设备并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的设备即可；本发明优选为矩形钢模具，且在熔融态合金倾倒过程中进行硫磺撒粉以避免燃烧并减少氧化。
本发明对步骤2中均匀化退火的设备并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的设备即可；本发明优选为电阻炉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在制备镁合金阳极材料时采用均匀化退火，促进Mg17Al12相的剥落，且使镁基体和Al8Mn5颗粒的组成相对均匀，进而促进放电过程，提高了镁合金阳极材料的电化学活性。
附图说明
图1为本发明试验例1中XRD检测结果对比图。
图2为本发明试验例2中电化学阻抗谱检测结果对比图。
图3为本发明试验例2中电镜扫描结果示意图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种镁合金阳极材料的制备方法，包括退火过程，所述退火为均匀化退火。
实施例2
一种镁合金阳极材料的制备方法，包括退火过程，所述退火为均匀化退火；
其中，所述制备方法包括如下步骤：
S1、在氩气的氛围中将纯镁在电阻炉中熔化后，加入合金元素，保温，搅拌，得到熔融态合金；
S2、将熔融态合金倒入矩形钢模具中预热熔铸成铸件后冷却至室温，在稀有气体的氛围中，在电阻炉中均匀化退火后，水淬，SiC砂纸打磨，0.2-1μm金刚石浆料抛光，乙醇超声清洗，冷空气干燥，得到镁合金阳极材料；
S1中，纯镁的纯度为99.99％及以上；
S1中，合金元素包括纯铝、纯铅和Al-30％Mn合金；
纯铝的纯度为99.99％及以上；
纯铅的纯度为99.99％及以上；
S1中，在500℃的温度下加入合金元素；
S1中，保温的温度为500℃，时间为10min；
S1中，搅拌的时间为1min；
S2中，预热的温度为300℃；
S2中，均匀化退火的温度为300℃，时间为72h。
实施例3
一种镁合金阳极材料的制备方法，包括退火过程，所述退火为均匀化退火；
其中，所述制备方法包括如下步骤：
S1、在氩气的氛围中将纯镁在电阻炉中熔化后，加入合金元素，保温，搅拌，得到熔融态合金；
S2、将熔融态合金倒入矩形钢模具中预热熔铸成铸件后冷却至室温，在稀有气体的氛围中，在电阻炉中均匀化退火后，水淬，SiC砂纸打磨，0.2-1μm金刚石浆料抛光，乙醇超声清洗，冷空气干燥，得到镁合金阳极材料；
S1中，纯镁的纯度为99.99％及以上；
S1中，合金元素包括纯铝、纯铅和Al-30％Mn合金；
纯铝的纯度为99.99％及以上；
纯铅的纯度为99.99％及以上；
S1中，在1000℃的温度下加入合金元素；
S1中，保温的温度为1000℃，时间为20min；
S1中，搅拌的时间为10min；
S2中，预热的温度为100℃；
S2中，均匀化退火的温度为1000℃，时间为1h。
实施例4
一种镁合金阳极材料的制备方法，包括退火过程，所述退火为均匀化退火；
其中，所述制备方法包括如下步骤：
S1、在氩气的氛围中将纯镁在电阻炉中熔化后，加入合金元素，保温，搅拌，得到熔融态合金；
S2、将熔融态合金倒入矩形钢模具中预热熔铸成铸件后冷却至室温，在稀有气体的氛围中，在电阻炉中均匀化退火后，水淬，SiC砂纸打磨，0.2-1μm金刚石浆料抛光，乙醇超声清洗，冷空气干燥，得到镁合金阳极材料；
S1中，纯镁的纯度为99.99％及以上；
S1中，合金元素包括纯铝、纯铅和Al-30％Mn合金；
纯铝的纯度为99.99％及以上；
纯铅的纯度为99.99％及以上；
S1中，在600℃的温度下加入合金元素；
S1中，保温的温度为600℃，时间为15min；
S1中，搅拌的时间为5min；
S2中，预热的温度为200℃；
S2中，均匀化退火的温度为400℃，时间为24h。
实施例5
一种镁合金阳极材料的制备方法，包括退火过程，所述退火为均匀化退火；
其中，所述制备方法包括如下步骤：
S1、在氩气的氛围中将纯镁在电阻炉中熔化后，加入合金元素，保温，搅拌，得到熔融态合金；
S2、将熔融态合金倒入矩形钢模具中预热熔铸成铸件后冷却至室温，在稀有气体的氛围中，在电阻炉中均匀化退火后，水淬，SiC砂纸打磨，0.2-1μm金刚石浆料抛光，乙醇超声清洗，冷空气干燥，得到镁合金阳极材料；
S1中，纯镁的纯度为99.99％及以上；
S1中，合金元素包括纯铝、纯铅和Al-30％Mn合金；
纯铝的纯度为99.99％及以上；
纯铅的纯度为99.99％及以上；
S1中，在600℃的温度下加入合金元素；
S1中，保温的温度为600℃，时间为15min；
S1中，搅拌的时间为5min；
S2中，预热的温度为200℃；
S2中，均匀化退火的温度为400℃，时间为72h。
试验例1
对实施例4或5退火处理前的铸件以及实施例4和5得到的镁合金阳极材料分别进行XRD检测，依次记为1组、2组和3组，检测结果对比图如图1所示。
试验例2
将实施例4或5退火处理前的铸件以及实施例4和5得到的镁合金阳极材料作为阳极通过标准的三电极体系分别进行检测，依次记为a组、b组和c组。
检测方法如下：
①用1200目砂纸将阳极表面连续打磨后，封装在10mm×10mm的环氧树脂中，在25℃的玻璃器皿中暴露于100mL质量分数为3.5wt％的氯化钠溶液中；
②以铂丝作为对电极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极。以1mV/s的扫速进行阳极极化测试，并测试其电化学阻抗谱(EIS)；其中电位-时间曲线通过恒电流试验在180mA/cm2的阳极电流密度下持续600s获得。
③恒电流试验后，将阳极从电解槽中取出，通过扫描电镜(SEM)检查腐蚀产物的腐蚀表面，以确定腐蚀表面的形貌和腐蚀表面上的第二相。
a组、b组和c组三组的电化学阻抗谱检测结果对比图如图2所示，a组的电镜扫描结果如图3所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种镁合金阳极材料的制备方法，包括退火过程，其特征在于，所述退火为均匀化退火。
2.根据权利要求1所述镁合金阳极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、在氩气的氛围中将纯镁熔化后，加入合金元素，保温，搅拌，得到熔融态合金；
S2、将熔融态合金预热熔铸成铸件后冷却至室温，进行均匀化退火，水淬，打磨，抛光，清洗，干燥，得到镁合金阳极材料。
3.根据权利要求2所述镁合金阳极材料的制备方法，其特征在于，S1中，纯镁的纯度为99.99％及以上；优选地，S1中，合金元素包括纯铝、纯铅和Al-30％Mn合金；优选地，纯铝的纯度为99.99％及以上；优选地，纯铅的纯度为99.99％及以上。
4.根据权利要求2或3所述镁合金阳极材料的制备方法，其特征在于，S1中，在500-1000℃的温度下加入合金元素。
5.根据权利要求2-4任一项所述镁合金阳极材料的制备方法，其特征在于，S1中，保温的温度为500-1000℃，时间为10-20min；优选地，S1中，搅拌的时间为1-10min。
6.根据权利要求2-5任一项所述镁合金阳极材料的制备方法，其特征在于，S2中，预热的温度为100-300℃。
7.根据权利要求1或2-6任一项所述镁合金阳极材料的制备方法，其特征在于，S2中，均匀化退火在稀有气体的氛围中进行；优选地，均匀化退火在氩气的氛围中进行；优选地，S2中，均匀化退火的温度为300-1000℃，时间为1-72h。
8.根据权利要求2-7任一项所述镁合金阳极材料的制备方法，其特征在于，S2中，采用SiC砂纸进行打磨。
9.根据权利要求2-8任一项所述镁合金阳极材料的制备方法，其特征在于，S2中，采用0.2-1μm金刚石浆料进行抛光。
10.根据权利要求2-9任一项所述镁合金阳极材料的制备方法，其特征在于，S2中，清洗采用乙醇超声清洗；优选地，S2中，干燥采用冷空气干燥。
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