本文關鍵詞：Y,Mn和Nd合金元素對鎂合金耐蝕性和電化學性能影響

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【摘要】：鎂合金電負性高,能量密度大,在電化學領域具有很大的應用潛力。但是鎂合金本身由于化學性能活潑,自腐蝕問題嚴重,在鎂電池方面的應用受到了限制。因此,本文通過考了Y,Mn和Nd三種合金因素以及形成的第二相對鎂合金的腐蝕性能和電化學性能的影響來分析考察鎂合金作為陽極材料的性能,并討論了第二相的種類和分布情況對鎂合金腐蝕性能和電化學性能的影響,找到性能最好的陽極材料。本文采用浸泡實驗,失重實驗和析氫實驗來測試了三種合金元素對鎂合金的腐蝕性能的影響,通過開路電位測試(OCP)、Tafel極化曲線、電化學阻抗測試(EIS)、恒電流-時間曲線測試以及掃描電子顯微鏡(SEM)等手段考察了鎂合金在3.5 wt.%NaCl溶液中,作為電池陽極材料的電化學性能。第二相的種類方面,比較了α-Mn,Mg24Y5和Mg12Nd三種第二相對鎂合金的耐腐蝕性能和電化學性能的影響;第二相的分布狀態(tài)方面,比較在晶界連續(xù)分布的Mg12Nd和枝晶間分布的Mg24Y5的兩種第二相分布狀態(tài)對鎂合金的耐腐蝕性能和電化學性能的影響。研究結果如下:隨著Y元素的增加,Mg-Y合金的耐腐蝕性能逐漸降低。富含Mg24Y5第二相的枝晶間首先發(fā)生點蝕現(xiàn)象,隨后沿著富Y的區(qū)域發(fā)生擴展。同時,在浸泡的過程中,M-Y合金的腐蝕速率呈現(xiàn)先上升后平穩(wěn)的趨勢。而電化學活性隨著Y含量的逐漸增加,恒電流放電電壓性能逐漸提高。同時,隨著第二相數(shù)量的增加,放電形貌逐漸均勻,放電產(chǎn)物富集的現(xiàn)象逐漸減小。隨著Mn元素的增加,Mg-Mn合金的耐腐蝕性性能逐漸提高。利用失重法測得的腐蝕速率中,Mg-0.5Mn合金的腐蝕速率隨著浸泡時間的增加而增加。Mg-1Mn,Mg1.5Mn和Mg-2Mn合金的腐蝕速率隨著浸泡時間的增加而逐漸穩(wěn)定。α-Mn第二相與基體之間,沒有發(fā)生劇烈的電偶腐蝕現(xiàn)象。其電化學性能隨著Mn含量的增加而逐漸降低,恒電流放電電壓逐漸降低。隨著Mn含量的增加,放電形貌逐漸不均勻,出現(xiàn)大量的放電產(chǎn)物富集。在Mg-x Y-1Mn合金中,合金的耐腐蝕性能隨著Y含量的增加而逐漸增加。Mg-0.5Y-1Mn和Mg-1Y-1Mn的腐蝕速率隨著浸泡時間的增加逐漸平穩(wěn),而Mg-3Y-1Mn和Mg-5Y-1Mn的腐蝕速率隨著浸泡時間的增加,而呈現(xiàn)一個上升趨勢。Mg24Y5第二相依舊是發(fā)生點蝕的源頭。橫向對比Mg-Y合金,Mn的添加提高了合金的耐腐蝕性能。隨著Y含量的從0.5wt.%增加到3wt.%,合金的電化學活性逐漸降低,恒電流放電電壓逐漸降低。從3wt.%增加到5wt.%,電化學活性再次上升。同時,隨著Y含量的增加,放電形貌逐漸均勻。在Mg-x Nd-0.3Zr合金中,Mg-5Nd-0.3Zr合金兼?zhèn)渲詈玫哪透g性能和最好的放電性能。Mg-5Nd-0.3Zr中的Mg12Nd第二相在浸泡過程中,可以有效的阻礙腐蝕的連續(xù)進行,有效的保護了基體。而Mg-11Nd-0.3Zr中的Mg12Nd第二相在浸泡過程中,由于過于粗大,在腐蝕過程中,成為腐蝕裂縫的源頭。同時,Mg-5Nd-0.3Zr的電化學活性較高。其恒電流放電電壓較高,同時,放電形貌也較均勻。
【關鍵詞】：鎂合金 電化學性能 腐蝕性能 微觀組織 合金元素
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-14
• 1.1 綜述10
• 1.2 鎂-空氣電池陽極材料的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 鎂陽極材料的電極的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.4 本文的研究目的和內容13-14
• 1.4.1 研究目的及意義13
• 1.4.2 研究內容13-14
• 2 實驗材料及方法14-20
• 2.1 化學試劑及儀器14
• 2.2 實驗合金的成分設計和制備14-15
• 2.3 耐腐蝕性能的測試方法15-16
• 2.4 合金的電化學性能的測試方法16-19
• 2.5 SEM（Scanning Electron Microscope) 掃描電鏡分析19
• 2.6 XRD (X-Ray Diffraction)分析19-20
• 3 Mg-Y合金的耐腐蝕性能和放電性能的研究20-34
• 3.1 Mg-Y二元合金的微觀組織和形貌20-21
• 3.2 Mg-Y陽極合金材料的耐腐蝕性能試驗21-28
• 3.2.1 Mg-Y合金的析氫實驗分析21-23
• 3.2.2 Mg-Y合金的腐蝕形貌分析23-26
• 3.2.3 Mg-Y合金的腐蝕速率分析26-28
• 3.3 Mg-Y合金的電化學性能研究28-33
• 3.3.1 Mg-Y合金的開路電位分析28-29
• 3.3.2 Mg-Y合金的Tafel極化曲線的分析29-30
• 3.3.3 Mg-Y合金交流阻抗的分析30-31
• 3.3.4 Mg-Y合金的恒電流放電的分析31-33
• 3.4 本章小結33-34
• 4 Mg-Mn合金的耐腐蝕性能和放電性能的研究34-50
• 4.1 Mg-Mn二元合金的微觀組織和形貌34-35
• 4.2 Mg-Mn陽極合金材料的耐腐蝕性能試驗35-43
• 4.2.1. Mg-Mn合金的析氫實驗分析35-36
• 4.2.2 Mg-Mn合金的腐蝕形貌分析36-41
• 4.2.3 Mg-Mn合金的腐蝕速率分析41-43
• 4.3 Mg-Mn合金的電化學性能研究43-48
• 4.3.1 Mg-Mn合金的開路電位的分析43-44
• 4.3.2 Mg-Mn合金的Tafel極化曲線分析44-46
• 4.3.3 Mg-Mn合金交流阻抗的分析46
• 4.3.4 Mg-Mn合金的恒電流放電的分析46-48
• 4.4 本章小結48-50
• 5 Mg-Y-Mn合金的耐腐蝕性能和放電性能的研究50-68
• 5.1 Mg-Y二元合金的微觀組織和形貌50-52
• 5.2 Mg-Y-Mn陽極合金材料的耐腐蝕性能試驗52-60
• 5.2.1 Mg-Y-Mn合金的析氫實驗分析52-53
• 5.2.2 Mg-Y合金的腐蝕形貌分析53-58
• 5.2.3 Mg-Y-Mn合金的腐蝕速率分析58-60
• 5.3 Mg-Y-Mn合金的電化學性能研究60-65
• 5.3.1 Mg-Y-Mn合金的開路電位分析60-61
• 5.3.2 Mg-Y合金的Tafel極化曲線的分析61-62
• 5.3.3 Mg-Y-Mn合金交流阻抗的分析62-63
• 5.3.4 Mg-Y合金的恒電流放電的分析63-65
• 5.4 本章小結65-68
• 6 Mg-Nd-Zr合金的耐腐蝕性能和放電性能的研究68-84
• 6.1 Mg-Nd-Zr三元合金的微觀組織和形貌68-69
• 6.2 Mg-Nd-Zr陽極合金材料的耐腐蝕性能試驗69-78
• 6.2.2 Mg-Nd-Zr合金的腐蝕形貌分析70-75
• 6.2.3 Mg-Nd-Zr合金的腐蝕產(chǎn)物分析75-76
• 6.2.4 Mg-Nd-Zr合金的腐蝕速率分析76-78
• 6.3 Mg-Nd-Zr合金的電化學性能研究78-82
• 6.3.1 Mg-Nd-Zr合金的開路電位的分析78-79
• 6.3.2 Mg-Mn合金的Tafel極化曲線分析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合金的恒電流放電的分析81-82
• 6.4 本章小結82-84
• 7 結論84-86
• 致謝86-88
• 參考文獻88-92
• 附錄92
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄92

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