镁合金海水电池阳极材料电化学性能研究进展

镁及镁合金以其低密度、高电化学活性、高比容量等优点成为优异的海水电池阳极材料,自20世纪40年代以来备受关注.镁合金作海水电池阳极材料常用于Mg/C海水溶解氧电池及Mg/AgCl、Mg/PbCl或Mg/CuCl海水激活电池.目前常见的镁合金海水电池阳极材料体系为Mg-Al-Zn、Mg-Hg-Ga及Mg-Al-Pb系,此类材料能够满足大部分海下工作设备尤其是小功率用电设备的用电需求.然而,对海下大功率用电设备(如鱼雷等)而言,镁海水电池仍存在一些亟待解决的问题,如由于负差数效应、放电产物膜钝化、电压滞后及粒子脱附等问题导致电池阳极利用率低、放电活性下降.目前提高镁合金阳极材料放电性能的思路主要为合金化、改变加工工艺及微观组织特征三个方面.常见海水电池用镁合金阳极材料合金化元素Al、Zn、Hg、Ga、Pb、In、Sn等通过改变合金微观组织特征调控合金的电化学性能,取得了显著的成果;加工工艺(如均匀化热处理、挤压、轧制后退火等)通过均匀合金微观组织、细化晶粒尺寸、破碎粗大第二相粒子、减少塑性变形导致的晶内缺陷以减少析氢副反应、提高阳极利用率;微观组织如杂质及成分均匀性、第二相粒子、晶粒尺寸、织构及放电产物膜等对镁合金阳极放电性能的影响视其特征而定.本文归纳了近年来镁及镁合金作海水电池阳极材料时电化学性能提升方面的研究进展,分别从合金化、加工工艺及微观组织特征三个方面综述了镁合金电化学性能的影响因素及其作用机理,分析了镁合金海水电池阳极材料电化学性能存在的问题及其应用前景,以期为提高镁合金阳极材料放电性能及发展镁合金海水电池提供参考.     

铝及铝合金阳极氧化膜的耐腐蚀性能

铝阳极氧化膜在较强的腐蚀环境中,仍可能发生局部腐蚀、降低其使用寿命.为此,采用极化曲线和交流阻抗法研究了铝及其合金在H2SO4溶液中及添加丙三醇(C3H8O3)后所得阳极氧化膜的耐蚀性,以及氧化膜耐蚀性随电流密度的变化趋势.结果显示:氧化膜随电流密度的增加而增厚,氧化膜厚度的增加有助于增加铝片的交流阻抗值,提高膜的耐蚀性;当电流密度为3.3 A/dm2,在150 mL/L H2SO4中添加9 mL/L丙三醇时,常温下得到的氧化膜均匀致密,交流阻抗值较大,具有较好的耐蚀性.该研究可为合理选材及铝阳极氧化工艺选择提供参考.     

AZ镁合金空气电池阳极在NaCl溶液中的电化学性能

采用动电位极化扫描、恒电流放电、化学浸泡法研究不同Al含量AZ31、AZ61、AZ913种AZ镁合金阳极的放电性能和腐蚀电化学行为。结果表明,3种镁合金阳极随Al含量的增加,腐蚀电位发生正移。合金的腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势;25℃的3.5%(质量分数)NaCl溶液中,3种合金阳极的放电电位随放电电流密度的增大而正移。30 mA/cm~2放电电流密度下,AZ61合金具有较负的平均放电电位,随时间延长平均放电电位负移且逐渐趋于平稳,表现出良好的放电性能。随Al含量的增加合金阳极自腐蚀速率有所下降,阳极利用率呈先增大后减小的趋势。3种合金阳极中,AZ61合金中形成大量点状或不连续短条状的β相,金属颗粒脱落较少,阳极利用率较高。     

低温条件下铝合金阳极电化学性能研究

研究了铝合金阳极在低温条件下的电化学性能,在2~3℃低温条件下,对铝合金牺牲阳极电化学性能进行了DNV-RP-B401-2011测试和NACE-TM0190-2006测试,结果表明,同种化学成分的条件下,样品1的溶解形貌和电化学数据均好于样品2的结果,3种不同成分的铝合金阳极中,样品4的电化学性能结果最好。在2~3℃低温环境下,由于活性元素的反应活性更弱,铝合金牺牲阳极电化学性能DNV-RP-B401-2011测试结果与NACE-TM0190-2006测试结果相比,前者溶解形貌要更差一些。阳极中微量元素的精确控制和均匀分布,对铝合金牺牲阳极的电化学性能和溶解性能影响较大。     

钛合金脉冲阳极氧化膜抗电偶腐蚀性能及机理

为了有效提高钛合金阳极氧化膜抗电偶腐蚀的性能,在300～400 g/L H2SO4,50～120 g/L H3PO4溶液中,在电流密度2～3 A/dm2和温度0～10℃下,采用脉冲阳极氧化技术制备了一种抗电偶腐蚀的钛合金阳极氧化膜,并采用电化学技术对该阳极氧化膜的抗电偶腐蚀机理进行了讨论.结果表明:该阳极氧化膜为厚度2～3 um的多孔膜;阳极氧化后,TC6钛合金的开路电位从-207 mV(vs SCE)上升到132 mV(vs SCE),腐蚀电流密度从2.3×10-2uA/cm2下降到1.4×10-3uA/cm2,表面膜的极化电阻从2.647×105Ω上升到6.109×107Ω,表面膜的膜电阻从543.8 Ω上升到1 790.0 Ω;电偶腐蚀测量则表明,阳极氧化降低钛合金电偶腐蚀电流1/5以上,其电偶腐蚀的敏感性达到了B级.脉冲阳极氧化膜能有效提高钛合金抗电偶腐蚀性能.     

鞣酸钠对氯化钠溶液中AZ61镁合金的缓蚀作用

过去,通常采用无机缓蚀剂对镁合金进行处理,关于镁的有机物缓蚀剂的报道较少.配制了鞣酸钠缓蚀剂,用极化曲线、交流阻抗技术研究了鞣酸钠对AZ61镁合金在0.5%NaCl中的缓蚀行为.通过扫描电子显微镜(SEM)对腐蚀形貌进行了观测.结果表明:鞣酸钠对AZ61镬合金在0.5%NaCl中有一定的缓蚀效果,其浓度为1.0×10-6mol/L时,缓蚀效果最好;鞣酸分子减弱了腐蚀性Cl-在金属/介质的吸附,其与镁合金表面的腐蚀产物Mg(OH)2构成了一层致密膜,从而较好地抑制了镁合金在介质中的腐蚀.     

乙二胺四乙酸对镁合金阳极氧化膜性能的影响

阳极氧化电解液的组成和浓度会影响镁合金表面氧化膜的表面质量及防护性能。在以Na OH+Na₂Si O₃+Na₅P₃O₁₀为主要成分的基础电解液中添加不同含量的乙二胺四乙酸对Mg₉₇Y₂Zn₁-1.5Al镁合金进行阳极氧化,研究不同含量的乙二胺四乙酸对镁合金阳极氧化膜的质量和耐蚀性的影响。结果表明:乙二胺四乙酸能够提高镁合金阳极氧化过程中的成膜电压,乙二胺四乙酸的加入量直接影响氧化膜的表面质量及耐蚀性能。试验中最佳乙二胺四乙酸的浓度为0.03 mol/L,此时阳极氧化膜光滑致密,自腐蚀电流密度低,腐蚀失重量小,耐腐蚀性能高,可以较长时间有效地保护镁合金。     

镁合金阳极氧化及其耐腐蚀性研究

采用正交试验,开发出一种新型环保型镁合金阳极氧化的电解液配方,此工艺下形成的阳极氧化膜有良好的耐腐蚀性,其自腐蚀电流密度为0.1586μA/cm2,电解液的pH值是影响氧化膜耐腐蚀性的主要因素。采用EDAX、XRD、SEM对阳极氧化膜的成分、结构和形貌进行了研究,分析了氧化膜具有良好耐腐蚀性的原因。氧化膜主要由MgO组成,另外还含有Al和Si的复合氧化物,SEM结果显示氧化膜与基体的结合良好。     

镁合金绿色型阳极氧化的研究进展

镁合金阳极氧化技术是一种提高镁合金表面腐蚀阻抗的有效方法.目前,无铬无磷无氟的镁合金绿色型阳极氧化工艺是研究的重要方向.综述了镁合金绿色型阳极氧化工艺的最新进展,详细地介绍了其电解液的成分及其作用.     

铝箔多孔阳极氧化铝膜的低温制备及其电化学性能

以多孔阳极氧化铝(AAO)膜制备纳米材料时降低AAO膜孔径至关重要,降低电压无法达到要求,而降低氧化温度可实现这一目标。在0.4 mol/L H3PO4溶液中加入70%～80%(体积分数)1,3-丙三醇(PDO),于-10～10℃下恒压110 V阳极氧化1 h制备了多孔阳极氧化铝(AAO)膜,并在0.50 mol/L H3BO3和0.05mol/L Na2B4O7溶液中于20℃下以0.5 mA/cm2进行填孔后处理。利用SEM,EDS,XRD分析了AAO膜的表面形貌与组成,并对AAO膜填孔前后的极化曲线和交流阻抗谱进行了测试。结果表明,膜孔径随氧化温度降低而降低,80%PDO,10℃所得AAO膜的成分包括65.94%(质量分数,下同)Al,12.79%C,20.29%O和0.98%P;随氧化温度升高和PDO含量下降,AAO膜的稳定电流密度增大;随氧化温度升高,膜阻挡层厚度增大;填孔试验前AAO膜只存在一个阻挡层的相位角峰,填孔后出现两个峰,中高频段体现封闭的阻挡层特性,低频段体现的是多孔层封闭部分的特性。     

镁水泥混凝土中钢筋的电化学腐蚀研究

为解决分布在西部盐湖地区出现的煤矿矿区钢材腐蚀问题,结合煤矿矿区实际环境,采用实验、理论分析等方法研究了镁水泥混凝土中钢筋的腐蚀.采用CS350电化学工作站,研究镁水泥混凝土中钢筋的电化学腐蚀,结合SEM微观实验和EDS元素扫描结果,对镁水泥混凝土中裸露钢筋腐蚀状况进行描述.研究表明:美加力涂层钢筋状态良好,未出现腐蚀状态;锌美特涂层钢筋出现了低腐蚀现象;而裸露钢筋表面出现了严重腐蚀.钢筋涂层防腐蚀性美加力涂层较好,锌美特涂层次之;涂层钢筋虽然防腐效果不同,但对裸露钢筋的防腐蚀性能有明显有利影响.     

不同应用温度下Zn-Ce-In阳极材料的电化学性能

在锌基阳极中加入稀土(RE)、In等可进一步改善阳极材料的电化学性能。为此,在纯Zn中添加稀土Ce、In制备了锌合金阳极,通过极化曲线、电化学测量和表面形貌观察,研究了所得合金阳极在不同温度下的电化学性能,获得了Ce、In对锌合金阳极电化学性能的影响规律。结果表明:Ce可以细化晶粒,使腐蚀产物易脱落,纯锌中添加In可以使开路电位变负;在20,50,70℃不同温度下Zn-Ce-In合金的电位始终比钢铁的开路电路(-0.8 V)负0.2 V左右,能够对钢铁产生保护作用。     

GH4169合金的低温冲击试验

对GH4169高温合金边缘和中心部位进行了低温冲击试验,比较晶粒大小对合金冲击功的影响,进一步进行室温冲击试验,比较室温冲击和低温冲击冲击功的大小。同时还对径锻试样和热连轧试样低温冲击所需要的冲击功进行对比,并用SEM观察了冲击断口的表面。结果表明:晶粒越细小,所用的冲击功越大;低温冲击和室温冲击所用的冲击功几乎一样;热连轧试样低温韧性要远远好于径锻试样,冲击端口为韧窝断口。     

AlN/玻璃复合材料的低温烧结和性能

用热压方法在850～1000℃制备出低温烧结AlN/硼硅酸盐玻璃复合材料。研究了玻璃的高温行为及其对AlN的润湿能力,分析了颗粒配比对复合材料烧结致密化的影响,探讨了影响复合材料热导率的因素。结果表明:引入对AlN润湿良好的硼硅酸盐玻璃,可将烧结温度降低到1000℃以下;采用适当的AlN和玻璃粉体的粒径比有利于提高复合材料的烧结致密化程度。具有均匀显微结构的低温烧结AlN/玻璃复合材料具有良好的导热性能,其热导率高于10W/(m·K)。     

An investigation on the tribological behavior of AZ91 and AZ91 + 3 wt% RE magnesium alloys at elevated temperatures

The wear behavior of AZ91 and AZ91 + 3 wt% RE magnesium alloys was investigated under a normal load of 20 N at the wear testing temperatures of 25–250 °C and sliding speeds of 0.4 and 1 m s⁻¹. As the sliding speed increased from 0.4 to 1 m s⁻¹ at the wear temperature of 25 °C, the wear rates of AZ91 and AZ91 + 3 wt% RE alloys decreased by about 8% and 60%, respectively. With an increase in the wear temperature to 100 °C, the wear rate of AZ91 alloy was reduced by 58% at a sliding speed of 0.4 m s⁻¹, while the wear rate was sharply increased at a sliding speed of 1 m s⁻¹. At higher wear temperatures, the wear of the AZ91 alloy at both sliding speeds soared as a result of the softening of β-Mg₁₇Al₁₂ phase. However, the wear rate of AZ91 + 3 wt% RE alloy showed a minimum at the wear temperatures of 100 and 200 °C at sliding speeds of 1 and 0.4 m s⁻¹, respectively. Superior wear behavior of AZ91 + 3 wt% RE at the elevated temperatures could be attributed to its higher thermal stability and strength. Furthermore, a rise in sliding speed led to a 55% reduction in the wear rate of AZ91 + 3 wt% RE alloy at the wear temperature of 100 °C due to the formation of stable oxide layers on the wear surface.     

铝合金在盐水环境中腐蚀性能的电化学研究

为了深入研究温度对铝合金材料的腐蚀行为和机理,采用盐水腐蚀方法研究了其在高温条件下的电化学特性及腐蚀机理.选用7A04和5A06铝合金作为研究对象,在质量分数为3.5%的氯化钠溶液中,利用增重法、蔡司显微镜并结合电化学测试方法研究了其在20~80 ℃范围内的腐蚀性能,分析了腐蚀产物的微观形貌,探讨了腐蚀机理.结果表明：两种铝合金试样的腐蚀速率均随温度升高而增大.在Tafel极化曲线图中,对于同一种铝合金,自腐蚀电位随腐蚀温度增加向负方向移动,自腐蚀电流密度和年腐蚀深度随腐蚀温度增加而减小.对同一腐蚀温度下的两种铝合金,5A06铝合金自腐蚀电位低于7A04铝合金,腐蚀电流密度和年腐蚀深度均小于7A04铝合金.电化学阻抗图谱中,两种铝合金在不同条件下的Nyquist图均存在一个容抗弧,极化电阻随腐蚀温度增加而减小.对于同一种铝合金,在3.5%氯化钠溶液中的腐蚀速率会随着温度的升高而增大;在同一腐蚀温度下,5A06铝合金比7A04铝合金更容易发生腐蚀,但腐蚀速率比7A04铝合金慢.     

对低温丙烯贮罐预冷操作的探讨

对低温丙烯罐的预冷工艺进行了较为仔细深入的研究,提出了较为科学、合理的预冷操作方法,确保了丙烯贮罐内罐基本维持每小时温降1℃.罐内任意两点温差不超过10℃的操作条件,对刚刚维修之后的低温丙烯贮罐起到了保障作用.     

BaTiO3铁电薄膜低温异质外延的生长模式研究

利用激光分子束外延异质外延 BaTiO3 薄膜。通过反射式高能电子衍射对薄膜生长进行原位监测,利用原子力显微镜分析薄膜表面形貌,发现在沉积速率为 0.016nm/s,激光功率为 6J/cm2 的条件下,当基片加热温度高于 480℃时,BaTiO3 薄膜以层状生长模式进行生长;而当温度在 430~480℃之间时,薄膜生长为SK模式,即层状加岛状的混合生长模式。进一步降低基片加热温度,在 430℃以下观察到了三维岛状生长模式。通过优化激光功率和沉积速率等工艺参数,得到了层状生长 BaTiO3 薄膜的最低结晶温度为330℃。根据实验结果分析了激光功率对薄膜生长温度的影响。同时结合 X 射线衍射分析在不同的生长条件下,研究温度对薄膜异质外延生长的影响,发现在较高的生长温度下,在 BaTiO3 薄膜生长过程中,位错产生的几率较小,薄膜的外延性好,而在较低的生长温度下,薄膜内部位错较多,异质外延性不佳。     

加工方式对AZ31变形镁合金热拉伸流变应力的影响

针对不同方法制备的AZ31镁合金薄板,利用热拉伸试验机和金相显微镜对其在不同温度和变形速率下的流变应力进行了实验研究.结果表明:挤压、交叉、热轧和冷轧等方法制备的AZ31镁合金薄板的应力-应变曲线基本特征是相同的.峰值流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,在低温时具有明显的厚度效应;当温度大于350℃时峰值流变应力几乎不随板材厚度变化而变化;应变速率小于1.0×10-2s-1,变形温度大于150℃下所有AZ31薄板的延伸率均δ≥45%;单向轧制薄板的各向异性随温度提高减小.     

低温冻土导热系数测定仪的设计与研制

低温冻土导热系数测定仪的设计与研究，为冻土导热系数的测定、冻土热物性的研究提供了重要的前提和条件，包括低温冷水域系统、制冷系统、温控系统的设计与研究。本测定仪设计的关键在于保证被测土块两侧的温度精度。设计结果满足待测试块两侧温差为15℃，其中一侧达到-10℃，另一侧达到-25℃，精度为±0．5℃。