[发明专利]镁动力电池阳极板材的热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料工艺领域，涉及一种镁动力电池阳极板材的热处理方法。

背景技术

镁合金被广泛应用于海水激活电池的阳极材料，这种电池能为海洋上使用的各种装置提供能量，如水下无人航行系统、浮标、航标、声纳、紧急救生装置等，大功率的镁阳极海水激活动力电池组在一些国家的海军中得到了应用。镁阳极海水激活动力电池使用AgCl或CuCl做阴极，阳极板储存在干燥环境中，当浸没在溶液电解质中或电池组孔隙中流过电解质而被激活，具有高电压、高比能量、轻质、非激活态储存时间长的优良性能。

镁阳极海水激活电池中存在一个重要问题是镁阳极的钝化和极化影响了电池效率，使激活时间延长，放电不平稳，大大限制了该电池的应用范围。目前镁阳极海水激活动力电池可达到的电流效率不超过60％。纯镁和传统镁合金在普通条件下会和水蒸汽、氧反应生成附着的氢氧化物膜使得阳极钝化。当电池大功率放电时镁阳极会产生极化，并在表面生成多孔的氧化和/或氢氧化物腐蚀产物膜，影响放电效率。这层可渗透膜使得镁阳极即使在开路情况下也会在相互邻近的阳极和阴极区域产生局部自腐蚀。实验表明，镁合金阳极中的第二相与镁基体电负性差别大，析出量适度，分布弥散均匀时，对镁阳极的电化学活性和耐腐蚀性能均有很大提高，因此控制热处理工艺能控制析出第二相和显微组织，改善电池性能。

成型问题是制约镁阳极应用的另一个重要问题，镁属于密排六方晶体结构，塑性加工性能差，镁合金变形具有很大困难，需要合适的热处理工艺消除加工硬化，提高成型性。尤其海水激活电池组的阳极板材要求体积小，质量轻，为提高电池的比能量，需要生产0.3mm厚度以下的镁合金阳极板，加工难度更高。合理的热处理工艺还能改善加工成型后板材组织存在的很多缺陷，如晶粒、晶界、杂质、过剩相和缺陷沿表面被大幅度拉长，消除薄板中的残余应力，避免应力腐蚀和剥层腐蚀造成的阳极材料层状剥落，提高电池性能。

发明内容

本发明目的在于采用合理的热处理技术，使镁动力电池阳极板材在轧制时产生动态再结晶，提高镁阳极的成型性，保证镁阳极板材轧制到0.1mm不开裂，并且晶粒细小，组织均匀，减少了晶粒、晶界、杂质、过剩相和缺陷沿表面被拉长的程度，消除残余应力；控制轧制后的板材析出适量对电化学活性有利的第二相，使其在晶内弥散分布，提高了镁动力电池阳极材料的比能量和电流效率。

本发明采用流动冷空气淬火、变温多次退火的方法，具体包括以下步骤：

第一步，648-688K固溶处理，保温时间为22-25小时，并采用流动空气淬火；

第二步，轧制过程中中间退火，653-688K退火0.3-1.2小时；

第三步，433-488K退火，时间6-10小时。该热处理方法保证了镁动力电池板材的轧制成型性和电化学活性，提高了镁动力电池阳极材料的比能量和电流效率。

上述方法的关键在于温度的选择和控制：一是固溶温度，通过对镁阳极合金相图的研究，688K下合金处于Mg的单相区，且接近Mg的固相线，因此合金元素能最大程度的固溶进基体，使得板材成型性能得到很大提高，不会出现轧裂的情况。二是轧制中间退火温度，653K达到阳极材料的动态再结晶温度，轧制时发生的再结晶降低了晶粒、晶界、杂质、过剩相和缺陷沿表面被拉长的程度，提高了阳极材料的耐腐蚀性能；三是成品退火温度，433-488K退火能使适量的阴极性第二相弥散均匀的析出在晶内，阴极第二相造成Mg基体的溶解，从而产生点蚀，并破坏合金表面的结构，使钝化膜破裂，活化溶解开始。

经过本发明的热处理方法能够实现海水激活电池用超薄镁合金阳极板材的加工，保证了镁阳极材料能轧制出厚度为0.1mm的板材而不开裂，将目前国内最小厚度为0.5mm的镁合金板材大幅度减薄。本发明的热处理方法使得镁合金阳极板材的晶粒细小，自腐蚀速率大大降低，并控制生成对电化学活性有利的阴极性第二相化合物，使其均匀弥散的分布于晶内。