Y,Mn和Nd合金元素对镁合金耐蚀性和电化学性能影响

发布时间：2017-08-04 09:31

  本文关键词：Y,Mn和Nd合金元素对镁合金耐蚀性和电化学性能影响

  更多相关文章： 镁合金 电化学性能 腐蚀性能 微观组织 合金元素

【摘要】：镁合金电负性高,能量密度大,在电化学领域具有很大的应用潜力。但是镁合金本身由于化学性能活泼,自腐蚀问题严重,在镁电池方面的应用受到了限制。因此,本文通过考了Y,Mn和Nd三种合金因素以及形成的第二相对镁合金的腐蚀性能和电化学性能的影响来分析考察镁合金作为阳极材料的性能,并讨论了第二相的种类和分布情况对镁合金腐蚀性能和电化学性能的影响,找到性能最好的阳极材料。本文采用浸泡实验,失重实验和析氢实验来测试了三种合金元素对镁合金的腐蚀性能的影响,通过开路电位测试(OCP)、Tafel极化曲线、电化学阻抗测试(EIS)、恒电流-时间曲线测试以及扫描电子显微镜(SEM)等手段考察了镁合金在3.5 wt.%NaCl溶液中,作为电池阳极材料的电化学性能。第二相的种类方面,比较了α-Mn,Mg24Y5和Mg12Nd三种第二相对镁合金的耐腐蚀性能和电化学性能的影响;第二相的分布状态方面,比较在晶界连续分布的Mg12Nd和枝晶间分布的Mg24Y5的两种第二相分布状态对镁合金的耐腐蚀性能和电化学性能的影响。研究结果如下:随着Y元素的增加,Mg-Y合金的耐腐蚀性能逐渐降低。富含Mg24Y5第二相的枝晶间首先发生点蚀现象,随后沿着富Y的区域发生扩展。同时,在浸泡的过程中,M-Y合金的腐蚀速率呈现先上升后平稳的趋势。而电化学活性随着Y含量的逐渐增加,恒电流放电电压性能逐渐提高。同时,随着第二相数量的增加,放电形貌逐渐均匀,放电产物富集的现象逐渐减小。随着Mn元素的增加,Mg-Mn合金的耐腐蚀性性能逐渐提高。利用失重法测得的腐蚀速率中,Mg-0.5Mn合金的腐蚀速率随着浸泡时间的增加而增加。Mg-1Mn,Mg1.5Mn和Mg-2Mn合金的腐蚀速率随着浸泡时间的增加而逐渐稳定。α-Mn第二相与基体之间,没有发生剧烈的电偶腐蚀现象。其电化学性能随着Mn含量的增加而逐渐降低,恒电流放电电压逐渐降低。随着Mn含量的增加,放电形貌逐渐不均匀,出现大量的放电产物富集。在Mg-x Y-1Mn合金中,合金的耐腐蚀性能随着Y含量的增加而逐渐增加。Mg-0.5Y-1Mn和Mg-1Y-1Mn的腐蚀速率随着浸泡时间的增加逐渐平稳,而Mg-3Y-1Mn和Mg-5Y-1Mn的腐蚀速率随着浸泡时间的增加,而呈现一个上升趋势。Mg24Y5第二相依旧是发生点蚀的源头。横向对比Mg-Y合金,Mn的添加提高了合金的耐腐蚀性能。随着Y含量的从0.5wt.%增加到3wt.%,合金的电化学活性逐渐降低,恒电流放电电压逐渐降低。从3wt.%增加到5wt.%,电化学活性再次上升。同时,随着Y含量的增加,放电形貌逐渐均匀。在Mg-x Nd-0.3Zr合金中,Mg-5Nd-0.3Zr合金兼备着最好的耐腐蚀性能和最好的放电性能。Mg-5Nd-0.3Zr中的Mg12Nd第二相在浸泡过程中,可以有效的阻碍腐蚀的连续进行,有效的保护了基体。而Mg-11Nd-0.3Zr中的Mg12Nd第二相在浸泡过程中,由于过于粗大,在腐蚀过程中,成为腐蚀裂缝的源头。同时,Mg-5Nd-0.3Zr的电化学活性较高。其恒电流放电电压较高,同时,放电形貌也较均匀。
【关键词】：镁合金 电化学性能 腐蚀性能 微观组织 合金元素
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 综述10
• 1.2 镁-空气电池阳极材料的研究现状10-11
• 1.3 镁阳极材料的电极的研究现状11-13
• 1.4 本文的研究目的和内容13-14
• 1.4.1 研究目的及意义13
• 1.4.2 研究内容13-14
• 2 实验材料及方法14-20
• 2.1 化学试剂及仪器14
• 2.2 实验合金的成分设计和制备14-15
• 2.3 耐腐蚀性能的测试方法15-16
• 2.4 合金的电化学性能的测试方法16-19
• 2.5 SEM（Scanning Electron Microscope) 扫描电镜分析19
• 2.6 XRD (X-Ray Diffraction)分析19-20
• 3 Mg-Y合金的耐腐蚀性能和放电性能的研究20-34
• 3.1 Mg-Y二元合金的微观组织和形貌20-21
• 3.2 Mg-Y阳极合金材料的耐腐蚀性能试验21-28
• 3.2.1 Mg-Y合金的析氢实验分析21-23
• 3.2.2 Mg-Y合金的腐蚀形貌分析23-26
• 3.2.3 Mg-Y合金的腐蚀速率分析26-28
• 3.3 Mg-Y合金的电化学性能研究28-33
• 3.3.1 Mg-Y合金的开路电位分析28-29
• 3.3.2 Mg-Y合金的Tafel极化曲线的分析29-30
• 3.3.3 Mg-Y合金交流阻抗的分析30-31
• 3.3.4 Mg-Y合金的恒电流放电的分析31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 Mg-Mn合金的耐腐蚀性能和放电性能的研究34-50
• 4.1 Mg-Mn二元合金的微观组织和形貌34-35
• 4.2 Mg-Mn阳极合金材料的耐腐蚀性能试验35-43
• 4.2.1. Mg-Mn合金的析氢实验分析35-36
• 4.2.2 Mg-Mn合金的腐蚀形貌分析36-41
• 4.2.3 Mg-Mn合金的腐蚀速率分析41-43
• 4.3 Mg-Mn合金的电化学性能研究43-48
• 4.3.1 Mg-Mn合金的开路电位的分析43-44
• 4.3.2 Mg-Mn合金的Tafel极化曲线分析44-46
• 4.3.3 Mg-Mn合金交流阻抗的分析46
• 4.3.4 Mg-Mn合金的恒电流放电的分析46-48
• 4.4 本章小结48-50
• 5 Mg-Y-Mn合金的耐腐蚀性能和放电性能的研究50-68
• 5.1 Mg-Y二元合金的微观组织和形貌50-52
• 5.2 Mg-Y-Mn阳极合金材料的耐腐蚀性能试验52-60
• 5.2.1 Mg-Y-Mn合金的析氢实验分析52-53
• 5.2.2 Mg-Y合金的腐蚀形貌分析53-58
• 5.2.3 Mg-Y-Mn合金的腐蚀速率分析58-60
• 5.3 Mg-Y-Mn合金的电化学性能研究60-65
• 5.3.1 Mg-Y-Mn合金的开路电位分析60-61
• 5.3.2 Mg-Y合金的Tafel极化曲线的分析61-62
• 5.3.3 Mg-Y-Mn合金交流阻抗的分析62-63
• 5.3.4 Mg-Y合金的恒电流放电的分析63-65
• 5.4 本章小结65-68
• 6 Mg-Nd-Zr合金的耐腐蚀性能和放电性能的研究68-84
• 6.1 Mg-Nd-Zr三元合金的微观组织和形貌68-69
• 6.2 Mg-Nd-Zr阳极合金材料的耐腐蚀性能试验69-78
• 6.2.2 Mg-Nd-Zr合金的腐蚀形貌分析70-75
• 6.2.3 Mg-Nd-Zr合金的腐蚀产物分析75-76
• 6.2.4 Mg-Nd-Zr合金的腐蚀速率分析76-78
• 6.3 Mg-Nd-Zr合金的电化学性能研究78-82
• 6.3.1 Mg-Nd-Zr合金的开路电位的分析78-79
• 6.3.2 Mg-Mn合金的Tafel极化曲线分析79-80
• 6.3.3 Mg-Nd-Zr合金交流阻抗的分析80-81
• 6.3.4 Mg-Nd-Zr合金的恒电流放电的分析81-82
• 6.4 本章小结82-84
• 7 结论84-86
• 致谢86-88
• 参考文献88-92
• 附录92
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录92

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