CN116065059A - 一种合金电极材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合金电极材料及制备方法，属于合金电极材料制备领域，一种合金电极材料及制备方法，其各成分的重量百分比为：45‑50％的合金粉，5.0‑8.0％的氧化铝粉、5‑8％的碳化硼粉，其余为环氧树脂液；合金粉、氧化铝粉、碳化硼粉的粒度均为220‑250目。合金粉由铝基合金和铁基合金组成。铝基合金和铁基合金的重量比为1:0.1‑0.3；所述铝基合金的成分的重量百分含量为：Zn为9％～13％，Mg为0.1％～0.3％，Cd为0.2％～0.4％，Si为6％～8％，Ce为0.1％0.4％，Nd为0.5％～0.7％，其余为Al；铁基合金的重量百分含量为：C为0.22～0.28％，Si为0.90～1.20％，Mn为2.20～2.60％，Mo为0.30～0.40％，V为0.05～0.12％。本发明可以提高涂料的耐腐性、保证涂料具有足够的附着性。
Description
技术领域
本发明涉及合金电极材料制备领域，更具体地说，涉及一种合金电极材料及制备方法。
背景技术
金属-空气电池(MAB)具有能量密度高、成本低、绿色无污染、放电寿命长及使用安全等特点，被称为“面向21世纪的绿色能源”。MAB的能量密度只取决于金属电极，金属电极能量密度越大，则电池的能量密度也越大。铝-空气电池因具有能量密度高(2980Ah/kg，仅次于锂)，价格便宜，储量丰富等优点，成为近来MBA领域研究的热点。
中国专利，CN201911381147.9涉及电化学技术领域，公开了合金阳极材料及其制备方法。电池用合金阳极材料，按质量分数计，其化学组成为：0.01～2.0％Pb、0.01～2.5％Bi、0.01～1.5％Ga、0.01～2.0％Li、0.0001～0.0010％B，其余为Al。上述铝空气电池用合金阳极材料的制备方法，包括：采用含有上述化学组分的原料制备合金阳极材料。合金阳极材料具有使用时表面发生析氢反应得到改善，且其放电电位低，阳极利用率高。但是其腐蚀电流密度还不高。
为此，本申请提出一种合金电极材料及制备方法。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种合金电极材料及制备方法，可以保证了电极组织的致密性，本案的热处理，保证了电极组织中各增强相的均匀分布。这些既保证了电极的力学性能，又保证了电极的化学腐蚀抗力。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种合金电极材料，其各成分的重量百分比为：其各成分的重量百分比为：由如下重量百分含量的成分组成：11-13％Si，5-9％Ni，1-4％Fe，3-5％Cu，0.3-0.9％Mn，0.1-0.4％Mg，2-4％Sn，0.1-0.4％Ce，0.5-1.2％Pr，余量为Al。
进一步的，一种合金电极材料制备方法，具体包括以下步骤：
S1：合金熔化；
S2：电极铸型的制备；
S3：热处理。
进一步的，所述S1中，首先取ZL108废料及相应原料进行配料，然后放入感应炉中熔化。在熔化中加入镍、铁、锡及稀土元素Ce和Pr等及相应补加元素。
进一步的，所述S1中，其中铝镍中间合金的含镍量在18-22％。铝铁中间合金的含铁量在18-22％。其余补加元素为纯物质。熔化温度为790-850℃。
进一步的，所述S1中，合金熔化后，浇入温度-10℃到-15℃的电极铸型得到激冷合金条，合金条的长、宽、厚尺寸分别为150mm，80mm，15mm；浇注完成5-10min后，将合金条从铸型中取出，进行热处理。
进一步的，所述S2中，首先称取复合砂。复合砂由铬铁矿砂和石英砂组成。铬铁矿砂和石英砂的重量比为1:1.2-1.4。
进一步的，所述S2中，然后加入复合砂重量为14-17％的高岭土以及加入复合砂重量为3％-5％的滑石粉。然后加入复合砂重量为10-13％的自来水。
进一步的，所述S2中，用混砂机进行均匀混合后，置于砂箱中造型，形成电极铸型,然后放入-10℃到-15℃的低温炉中，保温1-2h,待用。
进一步的，所述S3中，将铸造合金条置于炉内，先在380-410℃条件下保温5-8h，然后取出，再放入200-230的盐浴炉中，保温18-24h，取出后得到铝空气电池用合金阳极材料。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
1.本发明通过低温电极铸型，保证了电极组织的致密性，通过热处理，保证了电极组织中各增强相的均匀分布。这些既保证了电极的力学性能，又保证了电极的化学腐蚀抗力。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决上述技术问题，本发明提出一种合金电极材料，由如下重量百分含量的成分组成：11-13％Si，5-9％Ni，1-4％Fe，3-5％Cu，0.3-0.9％Mn，0.1-0.4％Mg，2-4％Sn，0.1-0.4％Ce，0.5-1.2％Pr，余量为Al。
具体为：通过加入Ni可通过热处理形成细小金属间Al3Ni化合物，不仅能弥散增强铝合金，同时Ni的作用，改善了合金的耐腐蚀性。Ce和Pr不仅能细化固溶体，还能细化化合物。这样，既增加了合金的致密程度，也保证了电极的强度和耐腐蚀性。铝中加入Cu不仅能细化固溶体，还能配合热处理形成细小的CuAl2沉淀化合物。Cu和Sn也能形成化合物。它们可以牵制和阻碍位错的运动，从而提高材料的力学性能。铁和铝可形成FeAl3化合物，由于稀土的变质作用，FeAl3化合物变得细小，能抑制晶界的移动，细化晶粒，保证组织的致密性，保证了电极的耐腐蚀性。合金中的硅相，本身耐腐蚀，此外经稀土作用而细化，具有很好的强化作用。合金中的其他元素均能起到固溶强化的作用。合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高。融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。本案的低温电极铸型，保证了电极组织的致密性，本案的热处理，保证了电极组织中各增强相的均匀分布。这些既保证了电极的力学性能，又保证了电极的化学腐蚀抗力。
下表为不同配置比例后，合金电极材料的腐蚀电流密度(μA/cm2)：
一种合金电极材料制备方法,具体包括以下步骤：
S1：合金熔化；
S2：电极铸型的制备；
S3：热处理。
所述S1中，首先取ZL108废料及相应原料进行配料，然后放入感应炉中熔化。在熔化中加入镍、铁、锡及稀土元素Ce和Pr等及相应补加元素。
所述S1中，其中铝镍中间合金的含镍量在18-22％。铝铁中间合金的含铁量在18-22％。其余补加元素为纯物质。熔化温度为790-850℃。
所述S1中，合金熔化后，浇入温度-10℃到-15℃的电极铸型得到激冷合金条，合金条的长、宽、厚尺寸分别为150mm，80mm，15mm；浇注完成5-10min后，将合金条从铸型中取出，进行热处理。
所述S2中，首先称取复合砂。复合砂由铬铁矿砂和石英砂组成。铬铁矿砂和石英砂的重量比为1:1.2-1.4。
所述S2中，然后加入复合砂重量为14-17％的高岭土以及加入复合砂重量为3％-5％的滑石粉。然后加入复合砂重量为10-13％的自来水。
所述S2中，用混砂机进行均匀混合后，置于砂箱中造型，形成电极铸型,然后放入-10℃到-15℃的低温炉中，保温1-2h,待用。
所述S3中，将铸造合金条置于炉内，先在380-410℃条件下保温5-8h，然后取出，再放入200-230的盐浴炉中，保温18-24h，取出后得到铝空气电池用合金阳极材料。
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改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种合金电极材料，其特征在于：其各成分的重量百分比为：由如下重量百分含量的成分组成：11-13％Si，5-9％Ni，1-4％Fe，3-5％Cu，0.3-0.9％Mn，0.1-0.4％Mg，2-4％Sn，0.1-0.4％Ce，0.5-1.2％Pr，余量为Al。
2.适用于上述权利要求1所述的一种合金电极材料制备方法，其特征在于：
S1：合金熔化；
S2：电极铸型的制备；
S3：热处理。
3.根据权利要求2所述的一种合金电极材料制备方法，其特征在于：所述S1中，首先取ZL108废料及相应原料进行配料，然后放入感应炉中熔化。在熔化中加入镍、铁、锡及稀土元素Ce和Pr等及相应补加元素。
4.根据权利要求3所述的一种合金电极材料制备方法，其特征在于：所述S1中，其中铝镍中间合金的含镍量在18-22％。铝铁中间合金的含铁量在18-22％。其余补加元素为纯物质。熔化温度为790-850℃。
5.根据权利要求4所述的一种合金电极材料制备方法，其特征在于：所述S1中，合金熔化后，浇入温度-10℃到-15℃的电极铸型得到激冷合金条，合金条的长、宽、厚尺寸分别为150mm，80mm，15mm；浇注完成5-10min后，将合金条从铸型中取出，进行热处理。
6.根据权利要求2所述的一种合金电极材料制备方法，其特征在于：所述S2中，首先称取复合砂。复合砂由铬铁矿砂和石英砂组成。铬铁矿砂和石英砂的重量比为1:1.2-1.4。
7.根据权利要求6所述的一种合金电极材料制备方法，其特征在于：所述S2中，然后加入复合砂重量为14-17％的高岭土以及加入复合砂重量为3％-5％的滑石粉。然后加入复合砂重量为10-13％的自来水。
8.根据权利要求7所述的一种合金电极材料制备方法，其特征在于：所述S2中，用混砂机进行均匀混合后，置于砂箱中造型，形成电极铸型,然后放入-10℃到-15℃的低温炉中，保温1-2h,待用。
9.根据权利要求2所述的一种合金电极材料制备方法，其特征在于：所述S3中，将铸造合金条置于炉内，先在380-410℃条件下保温5-8h，然后取出，再放入200-230的盐浴炉中，保温18-24h，取出后得到铝空气电池用合金阳极材料。
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| CN101709414A (zh) * | 2009-11-10 | 2010-05-19 | 中国兵器工业第五二研究所 | 高硅梯度复合铝合金缸套材料及其制备方法 |
| CN108179325A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-06-19 | 河南科技大学 | 一种稀土微合金化铝合金阳极材料及其制备方法和应用 |
| CN109706354A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-05-03 | 安徽信息工程学院 | 一种具有良好塑性的材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-09-30 CN CN202211209705.5A patent/CN116065059A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101709414A (zh) * | 2009-11-10 | 2010-05-19 | 中国兵器工业第五二研究所 | 高硅梯度复合铝合金缸套材料及其制备方法 |
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