Al-Mg-Sn-Ga-In合金陽極的制備與研究.pdf

1、鋁陽極材料的電化學(xué)性能和耐腐蝕性能主要取決于添加的合金元素和材料的微觀組織。針對鋁陽極材料的溶解不均勻、電流效率低下等問題，選擇高活性的合金元素，研究其對鋁陽極材料的活化機(jī)理，研究第二相、合金成分和顯微組織演變對鋁陽極材料性能的影響，對于海水電池用鋁陽極材料的成分設(shè)計、熱處理工藝制定和組織控制具有較高的理論意義和應(yīng)用價值。本文通過熔煉鑄造壓力加工制備Al-Mg-Sn-Ga-In五元合金，采用顯微組織觀察和電化學(xué)性能檢測等方法，對合金元素

2、In、Sn和Ga的活化機(jī)理以及第二相、合金成分和熱處理工藝對鋁陽極材料組織、性能的影響進(jìn)行了以下研究。
　　 1.研究第二相對Al-Mg-Sn-Ga-In合金性能的影響。利用均勻化退火處理，成品退火處理，SEM顯微組織觀察和電化學(xué)性能檢測等方法研究了不同狀態(tài)的第二相In、Mg2Sn對Al-Mg-Sn-Ga-In合金電化學(xué)性能和耐腐蝕性能的影響。結(jié)果表明：合金中第二相粒子In呈島狀分布于晶界時，容易從基體表面脫落，抑制析氫的效果較

3、差，析氫速率急劇增大，并在放電時容易發(fā)生極化，降低陽極的電化學(xué)活性。退火處理析出的方形第二相Mg2Sn彌散分布于晶內(nèi)，能使陽極電位負(fù)移，但Mg2Sn相析出越多，造成鋁陽極的電位負(fù)移越大，放電曲線也更不穩(wěn)定，振幅增大，并有極化的傾向。
　　 2.研究In含量對Al-0.5Mg-0.05Sn-0.05Ga合金性能的影響。通過SEM顯微組織觀察和電化學(xué)性能檢測等方法研究不同In含量對Al-Mg-Sn-Ga-In陽極材料的電化學(xué)性能和耐

4、腐蝕性能，結(jié)果表明：合金在80℃4.5mol/L NaOH溶液中，650mA/cm2恒流極化時的平均電位為-1.676V－-1.705V之間，In含量的增加對陽極電位負(fù)移的效果不明顯，In含量較大的合金在反應(yīng)后期會發(fā)生極化現(xiàn)象；在20℃上述溶液中，添加0.01％～0.05％的合金元素In，對鋁合金陽極的析氫速率影響不大，當(dāng)In含量繼續(xù)添加超過0.5％時，陽極的析氫速率明顯增大；在80℃上述溶液中，In含量的增加，鋁合金陽極的析氫速率急劇

5、上升；優(yōu)化出性能較好的Al-0.5Mg-0.05Sn-0.05Ga-xIn合金的In成分為0.05。
　　 3.研究熱處理工藝對Al-Mg-Sn-Ga-In陽極材料組織和性能的影響。通過DSC分析、XRD分析、SEM顯微組織觀察和電化學(xué)性能檢測等方法研究了500℃、550℃、600℃均勻化退火和250℃、300℃、350℃成品退火處理時微觀組織的變化，對Al-Mg-Sn-Ga-In陽極的綜合性能進(jìn)行對比。結(jié)果表明：均勻化退火能使

6、第二相In較為均勻的分布，在80℃4.5mol/L NaOH溶液中，550℃-6h均勻化退火的鋁合金陽極析氫速率最小，為1.04mL/(cm2·min)。成品退火處理析出彌散分布的正方形的Mg2Sn第二相，且隨著退火溫度的升高，退火時間的延長，第二相尺寸增大，第二相數(shù)量增多。優(yōu)化的Al-Mg-Sn-Ga-In陽極材料熱處理工藝為550℃均勻化退火6h，300℃退火處理4h。在80℃4.5mol/L NaOH溶液中，650mA/cm2恒電

7、流極化時，該合金的平均電位為-1.776V，析氫速率為1.14mL/(cm2·min)。
　　 4.探討Al-Mg-Sn-Ga-In陽極材料的活化機(jī)理和腐蝕類型。通過X射線物相分析、SEM顯微組織觀察和電化學(xué)性能檢測研究了Al-Mg-Sn-Ga-In陽極材料中合金元素In、Sn和Ga的和腐蝕行為。結(jié)果表明：第二相粒子In，Mg2Sn和固溶于鋁基體中的Ga在鋁基體/氧化膜之間形成活化點(diǎn)，阻止了致密的氧化膜的形成，使鋁基體裸露于溶液