Al-Mg-X（Hg，Sn，Ga）阳极材料组织和性能的研究

论文摘要

铝合金阳极材料的电化学性能和自腐蚀性能主要取决于元素和微观组织。针对铝合金阳极材料的活性低、阳极有效利用率低的问题,选择高活性的合金元素,研究合金成分、第二相和显微组织演变对铝合金阳极材料性能的影响,探讨铝阳极的活化机理,对大功率海水电池用铝阳极材料的成分设计、热处理工艺制定和组织控制具有较高的理论意义和应用价值。本文采用正交实验设计和熔炼铸造制备了Al-Mg-Hg、Al-Mg-Sn、Al-Mg-Ga三组合金,采用电化学性能检测和显微组织观察等方法,研究合金成分、第二相、热处理制度对铝合金阳极组织、性能的影响以及合金元素在铝阳极中的活化机理：1、研究Mg、Hg、Sn、Ga合金元素对铝阳极性能的影响。通过正交实验分析、电化学性能检测和SEM显微组织观察等方法研究不同的Mg、X（Hg、Sn、Ga）含量对铝阳极材料的电化学性能和自腐蚀性能的影响。结果表明：在80℃、4.5%NaOH溶液中,适量的Mg元素能提高铝阳极的电化学活性和自腐蚀反应速率,Hg元素的加入既可以促进铝阳极活化又可以抑制Mg含量增加引起的自腐蚀速率升高。Sn可以与Mg在铝阳极中形成第二相成为点蚀萌生的活性点。Ga明显使稳定电位变负,并且减小腐蚀电流。通过比较Al-0.5%Mg-0.12%Ga成分的试样,其活性最高,满足大功率放电的要求。2、研究热处理工艺对Al-0.5%Mg-0.12%Ga阳极性能的影响。利用SEM显微组织观察和电化学性能测量等方法研究450℃、500℃、550℃均匀化退火和250℃、300℃、350℃最终退火处理后微观组织的变化,对Al-0.5%Mg-0.12%Ga阳极的综合性能的影响。结果表明：均匀化退火使得第二相较为均匀分布,特别是经过500℃均匀化4h的试样具有较优的综合性能。最终退火可以消除轧制后的缺陷,减少腐蚀萌生的活化点。轧制后经300℃退火4h的铝阳极材料发生了完全再结晶,再结晶晶粒来不及长大,使得铝阳极保持了较好的活性,耐蚀性能得到明显的提高。3、研究Al-0.5%Mg-0.12%Ga阳极的活化机理和腐蚀类型。通过固溶可以使铸态试样的活性降低,耐蚀性增强。通过200℃时效处理,第二相首先在晶内弥散析出；随着时效时间的延长第二相数量增多,体积增大,并且在晶界处偏聚,使得铝阳极的稳定电位随着时效时间的延长而产生电位负移,析氢速率增大的现象。铝阳极在80℃、4.5%NaOH溶液中的腐蚀类型为电偶腐蚀、点蚀和晶间腐蚀。铝合金阳极活化首先是通过Mg、Ga形成的第二相与基体耦合的微电池形成点蚀破坏钝化膜的完整,再通过第二相的剥落溶解,溶液中的Ga溶解、回沉积活化阳极金属。细小弥散的第二相不仅使得铝阳极具有较高的电化学活性还能保持较高的耐蚀性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 大功率海水电池
• 1.3 大功率海水电池用铝阳极材料
• 1.4 恒电流检测和极化曲线测定原理
• 1.5 正交试验原理
• 1.6 本文研究的目的、意义及主要内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验目的
• 2.2 实验方案设计
• 2.3 实验方法
• 第三章 合金元素对铝阳极组织和性能的影响
• 3.1 Al-Mg-X（Hg、Sn、Ga）阳极成分设计
• 3.2 Al-Mg-Hg阳极的电化学和耐腐蚀性能
• 3.3 Al-Mg-Sn阳极的电化学和耐腐蚀性能
• 3.4 Al-Mg-Ga阳极的电化学和耐腐蚀性能
• 3.5 本章小结
• 第四章 热处理对Al-Mg-Ga阳极材料组织和性能的影响
• 4.1 均匀化退火对Al-Mg-Ga阳极组织和性能的影响
• 4.2 最终退火对Al-Mg-Ga阳极组织和性能的影响
• 4.3 Al-Mg-Ga合金阳极材料活化机理的研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况