一種稀土鎂電極材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種稀土鎂電極材料及制備方法。本發(fā)明提供一種稀土鎂電極材料，該合金材料的開路電壓負值較高。本發(fā)明還提供一種稀土鎂電極材料制備方法，該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明稀土鎂電極材料，各成分的重量百分含量為：Sr?0.5-0.8%；Y?0.03-0.06%；Sb?0.4-0.7%；Fe?0.5-0.8%；Ni?1-4%；Os?0.07-0.09%，其余為Mg。
【專利說明】一種稀土鎂電極材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種稀土鎂電極材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CN201010124355.3公開了一種電極材料，以鋁為基體，含有0.01-1.0wt%的活化元素汞，0.05-2.0wt% 的鎵，0.05-2.0wt% 的鎂、0.01-1.0wt% 的錫和 0.01-1.0wt% 的鋅。該發(fā)明通過對鋁陽極材料進行合金成分設(shè)計、電化學性能和元素活化機理的研究，優(yōu)選出能降低鋁陽極鈍化和極化、提高鋁陽極材料電化學活性和耐腐蝕性能的合金元素和成分，制備出了具有激活時間短，電流效率高，放電平穩(wěn)，析氫量少，使用時間長等優(yōu)點的大功率海水激活動力電池用鋁陽極材料。但是開路電壓負值偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)缺陷，提供一種稀土鎂電極材料，該合金材料的開路電壓負值較聞。
本發(fā)明的另一目的是提供一種稀土鎂電極材料制備方法，該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0004]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
一種稀土鎂電極材料，其 特征在于，各成分的重量百分含量為:Sr 0.5-0.8%; Y0.03-0.06% ；Sb 0.4-0.7% ；Fe 0.5-0.8% ；Ni 1-4% ；0s 0.07-0.09%，其余為 Mg。
[0005]一種稀土鎂電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
O首先按照上述成分進行配料，原料Sr、Y、Sb、Fe、N1、Os、Mg以純物質(zhì)形式加入，純度均大于99.9% ；
2)采用坩堝電阻爐熔煉合金原料，先將坩堝加熱至400~500°C，然后在坩堝壁及底部均勻地撒上占合金原料重量2-4%的鎂熔劑；然后將合金原料放入坩堝中，再在合金原料上撒上占合金原料重量1-2%的鎂熔劑，然后加熱坩堝，待坩堝中合金原料全部熔化后，撥去液面上的爐渣，撒入占合金原料重量3-5%的鎂熔劑，再將坩堝升溫至720-740°C，保溫4-8min后，將熔融液態(tài)合金澆入鑄型中；
3)澆注前鑄型先放入充滿液氮的容器，停留20-30分鐘后取出，取出后在5-9分鐘內(nèi)將步驟2)熔融液態(tài)合金澆入鑄型的型腔，得到合金棒；澆注完成10-20分鐘后，將合金棒從鑄型中取出放入箱式電阻爐中加熱，加熱至110-120°C，保溫20-30分鐘，即得到稀土鎂電極材料。
[0006]步驟2)中鎂熔劑的重量百分比含量為:KCl 24-27%，CaF2 3-6%, NaCl 1-3%, MgC1252-55%, MgO 0.5-1.2%, PbCl2L 3-1.5%, NaF 0.4-0.8%，其余為 CaCl20
[0007]步驟3)中鑄型通過以下方法制作:各成份按重量百分比耐火黏土 6-9%，水4-6%，硼酸1_2%，其余為剛玉砂粒進行配料；通過人工撞實方法將鑄型做好后，置于120-130°C爐中硬化20-30分鐘取出，冷卻至室溫。[0008]所述剛玉砂粒的成分為SiO2 1_3%，其余為Al2O3 ;耐火黏土的粉粒尺寸為2-5微米，剛玉砂粒的尺寸為200-250微米。
[0009]步驟3)中合金棒的直徑為10-20mm，長度為50_200mm。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明加入合金元素Sb后，極化曲線變化平緩，表明合金元素與鋁鎂基合金具有良好的電化學相容性。Mg和Fe元素可以形成共晶組織。加入合金元素Ni后，材料組織細化，開路電位有負移的趨勢，且變化趨勢較細化前平緩。在純鎂中加入合金元素Sr和Y，電位明顯負移，而且比較穩(wěn)定。Os和Sr元素結(jié)合可降低合金的氧化性。
[0011]試樣經(jīng)激冷鑄造并有低溫均勻化處理后，陽極材料組織更加均勻，具有較負的電位，較好的陽極極化性能，表明均勻化處理后陽極材料電化學性能能夠得到提高。
[0012]本發(fā)明將熔融合金澆入鑄型的型腔，采用快速冷卻、熱處理和合金化結(jié)合的方式，既有效降低合金中的相尺寸，保證化學成分的均勻分布，保證了合金的磁性能，也通過梯度處理大大降低了快速冷卻造成的內(nèi)應(yīng)力，也保證了合金的力學性能。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的材料具有工作電位負、自腐蝕速率低。本發(fā)明制備中，沒有大量使用稀貴元素，所取原料成本降低；另外合金經(jīng)過較為快速冷卻，保證了合金成分、組織和性能的均勻性，因此也就保證了合金的質(zhì)量。該合金制備工藝簡便，過程簡單，生產(chǎn)的合金具有良好的性能，非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明合金材料可以應(yīng)用于電極行業(yè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例一制備的材料組織圖。
`[0015]由圖1可見，本發(fā)明制備的組織均勻致密。
【具體實施方式】
[0016]以下各實施例中所用原料如下:
剛玉砂粒的成分為SiO2 1-3%，其余為Al2O3，剛玉砂粒的尺寸為200-250微米。
[0017]耐火黏土的粉粒尺寸為2-5微米。
[0018]實施例一:
本發(fā)明稀土鎂電極材料，各成分的重量百分含量為:Sr 0.5% ；Y 0.03% ；Sb 0.4% ；Fe0.5% ；Ni 1% ；0s 0.07%，其余為 Mg。
[0019]本發(fā)明稀土鎂電極材料的制備方法，包括以下步驟:
O首先按照上述成分進行配料，原料Sr、Y、Sb、Fe、N1、Os、Mg以純物質(zhì)形式加入，純度均大于99.9% ；
2)采用坩堝電阻爐熔煉合金原料，先將坩堝加熱至400°C，然后在坩堝壁及底部均勻地撒上占合金原料重量2%的鎂熔劑；然后將合金原料放入坩堝中，再在合金原料上撒上占合金原料重量1%的鎂熔劑，然后加熱坩堝，待坩堝中合金原料全部熔化后，撥去液面上的爐渣，撒入占合金原料重量3%的鎂熔劑，再將坩堝升溫至720V，保溫4min，目的是使合金均勻化，然后將熔融液態(tài)合金澆入鑄型中；所述鎂熔劑的重量百分比含量為=KCl 24%，CaF23%, NaCl 1%，MgC12 52%, MgO 0.5%, PbCl2L 3%, NaF 0.4%，其余為 CaCl2 ;所述鑄型通過以下方法制作:各成份按重量百分比耐火黏土 6%，水4%，硼酸1%，其余為剛玉砂粒進行配料，通過人工撞實方法將鑄型做好后，置于120°C爐中硬化20分鐘取出，冷卻至室溫；
3)澆注前鑄型先放入充滿液氮的容器，停留20分鐘后取出，取出后在5分鐘內(nèi)將步驟2)熔融液態(tài)合金澆入鑄型的型腔，得到合金棒，合金棒的直徑為10mm，長度為50mm ;澆注時型腔內(nèi)的溫度為-155~-165°C，澆注完成10分鐘后，將合金棒從鑄型中取出放入箱式電阻爐中加熱，加熱至110°C，保溫20分鐘，即得到稀土鎂電極材料。
[0020]實施例二:
本發(fā)明稀土鎂電極材料，各成分的重量百分含量為:Sr 0.8% ；Y 0.06% ；Sb 0.7% ；Fe0.8% ；Ni 4% ；0s 0.09%，其余為 Mg。
[0021]本發(fā)明稀土鎂電極材料的制備方法，包括以下步驟:
O首先按照上述成分進行配料，原料Sr、Y、Sb、Fe、N1、Os、Mg以純物質(zhì)形式加入，純度均大于99.9% ；
2)采用坩堝電阻爐熔煉合金原料，先將坩堝加熱至500°C，然后在坩堝壁及底部均勻地撒上占合金原料重量4%的鎂熔劑；然后將合金原料放入坩堝中，再在合金原料上撒上占合金原料重量2%的鎂熔劑，然后加熱坩堝，待坩堝中合金原料全部熔化后，撥去液面上的爐渣，撒入占合金原料重量5%的鎂熔劑，再將坩堝升溫至740°C，保溫8min，目的是使合金均勻化，然后將熔融液態(tài)合金澆入鑄型中；所述鎂熔劑的重量百分比含量為=KCl 27%，CaF26%, NaCl 3%, MgC12 55%, MgO 1.2%, PbCl2L 5%, NaF 0.8%，其余為 CaCl2 ;所述鑄型通過以下方法制作:各成份按重量百分比耐火黏土 9%，水6%，硼酸2%，其余為剛玉砂粒進行配料，通過人工撞實方法將鑄型做好后，置于130°C爐中硬化30分鐘取出，冷卻至室溫；
3)澆注前鑄型先放入充滿液氮的容器，停留30分鐘后取出，取出后在9分鐘內(nèi)將步驟2)熔融液態(tài)合金澆入鑄型的型腔，得到合金棒，合金棒的直徑為20mm，長度為200mm ;澆注時型腔內(nèi)的溫度為-155~-165°C，澆注完成20分鐘后，將合金棒從鑄型中取出放入箱式電阻爐中加熱，加熱至120°C，保溫30分鐘`，即得到稀土鎂電極材料。
[0022]實施例三:
本發(fā)明稀土鎂電極材料，各成分的重量百分含量為:Sr 0.7% ；Y 0.05% ；Sb 0.6% ；Fe0.7% ；Ni 3% ；0s 0.08%，其余為 Mg。
[0023]本發(fā)明稀土鎂電極材料的制備方法，包括以下步驟:
O首先按照上述成分進行配料，原料Sr、Y、Sb、Fe、N1、Os、Mg以純物質(zhì)形式加入，純度均大于99.9% ；
2)采用坩堝電阻爐熔煉合金原料，先將坩堝加熱至450°C，然后在坩堝壁及底部均勻地撒上占合金原料重量3%的鎂熔劑；然后將合金原料放入坩堝中，再在合金原料上撒上占合金原料重量1.5%的鎂熔劑，然后加熱坩堝，待坩堝中合金原料全部熔化后，撥去液面上的爐洛，撒入占合金原料重量4%的鎂熔劑，再將坩堝升溫至730°C，保溫6min，目的是使合金均勻化，然后將熔融液態(tài)合金澆入鑄型中；所述鎂熔劑的重量百分比含量為=KCl 25%，CaF25%, NaCl 2%, MgC12 54%, MgO 1.0%, PbCl2L 4%, NaF 0.6%，其余為 CaCl2 ;所述鑄型通過以下方法制作:各成份按重量百分比耐火黏土 8%，水5%，硼酸1.5%，其余為剛玉砂粒進行配料，通過人工撞實方法將鑄型做好后，置于125°C爐中硬化25分鐘取出，冷卻至室溫；
3)澆注前鑄型先放入充滿液氮的容器，停留25分鐘后取出，取出后在7分鐘內(nèi)將步驟
2)熔融液態(tài)合金澆入鑄型的型腔，得到合金棒，合金棒的直徑為15mm，長度為150mm ;澆注時型腔內(nèi)的溫度為-155~-165°C，澆注完成15分鐘后，將合金棒從鑄型中取出放入箱式電阻爐中加熱，加熱至115°C，保溫25分鐘，即得到稀土鎂電極材料。
[0024]實施例四:(成份配比不在本發(fā)明設(shè)計方案內(nèi))
本發(fā)明稀土鎂電極材料，各成分的重量百分含量為:Sr 0.4% ；Y 0.02% ；Sb 0.3% ；Fe
0.4% ；Ni 0.5% ；0s 0.05%，其余為 Mg。
[0025]本發(fā)明稀土鎂電極材料的制備方法步驟同實施例一。
[0026]實施例五:(成份配比不在本發(fā)明設(shè)計方案內(nèi))
本發(fā)明稀土鎂電極材料，各成分的重量百分含量為:Sr 0.9% ；Y 0.08% ；Sb 0.8% ；Fe
0.9% ；Ni 5% ；0s 0.11%，其余為 Mg。
[0027]本發(fā)明稀土鎂電極材料的制備方法步驟同實施例一。
[0028]表一:
【權(quán)利要求】
1.一種稀土鎂電極材料，其特征是:各成分的重量百分含量為:Sr 0.5-0.8%; Y0.03-0.06% ；Sb 0.4-0.7% ；Fe 0.5-0.8% ；Ni 1-4% ；Os 0.07-0.09%，其余為 Mg。
2.權(quán)利要求1所述稀土鎂電極材料的制備方法，其特征是:包括以下步驟: O首先按照上述成分進行配料，原料Sr、Y、Sb、Fe、N1、Os、Mg以純物質(zhì)形式加入，純度均大于99.9% ； 2)采用坩堝電阻爐熔煉合金原料，先將坩堝加熱至400~500°C，然后在坩堝壁及底部均勻地撒上占合金原料重量2-4%的鎂熔劑；然后將合金原料放入坩堝中，再在合金原料上撒上占合金原料重量1-2%的鎂熔劑，然后加熱坩堝，待坩堝中合金原料全部熔化后，撥去液面上的爐渣，撒入占合金原料重量3-5%的鎂熔劑，再將坩堝升溫至720-740°C，保溫4-8min后，將熔融液態(tài)合金澆入鑄型中； 3)澆注前鑄型先放入充滿液氮的容器，停留20-30分鐘后取出，取出后在5-9分鐘內(nèi)將步驟2)熔融液態(tài)合金澆入鑄型的型腔，得到合金棒；澆注完成10-20分鐘后，將合金棒從鑄型中取出放入箱式電阻爐中加熱，加熱至110-120°C，保溫20-30分鐘，即得到稀土鎂電極材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述稀土鎂電極材料的制備方法，其特征是:步驟2)中鎂熔劑的重量百分比含量為:KC1 24-27%, CaF2 3-6%, NaCl 1-3%, MgC12 52-55%，MgO 0.5-1.2%, PbCl21.3-1.5%, NaF 0.4-0.8%，其余為 CaCl20
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述稀土鎂電極材料的制備方法，其特征是:步驟3)中鑄型通過以下方法制作:各成份按重量百`分比耐火黏土 6-9%,水4-6%,硼酸1-2%,其余為剛玉砂粒進行配料；通過人工撞實方法將鑄型做好后，置于120-130°C爐中硬化20-30分鐘取出，冷卻至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述稀土鎂電極材料的制備方法，其特征是:所述剛玉砂粒的成分為SiO2 1-3%，其余為Al2O3 ;耐火黏土的粉粒尺寸為2-5微米，剛玉砂粒的尺寸為200-250微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述稀土鎂電極材料的制備方法，其特征是:步驟3)中合金棒的直徑為 10-20mm,長度為 50-200mm。
【文檔編號】C22C23/00GK103820688SQ201410076171
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】蔣曉龍, 趙浩峰, 王玲, 鄭澤昌, 柯維雄, 潘子云, 謝艷春, 龔國慶, 何曉蕾, 徐小雪, 雷霆, 陸陽平, 邱奕婷, 王易秋, 宋超, 趙佳玉 申請人:南京信息工程大學