D0I:10.13374/i.i8sm1001t53.2011.08.013 第33卷第9期 北京科技大学学报 Vol 33 No 9 2011年9月 Journal of Un iversity of Science and Technology Beijing Sep 2011 S对Mg-A一Sm-Zn系海水电池用镁阳极材料组织 及电化学性能的影响 王萍* 李建平郭永春杨忠 西安工业大学材料与化工学院，西安710032 *通信作者，E1 mail wang即img0403@sina com 摘要采用金相显微镜、X射线衍射、扫描电镜和结合能谱仪研究了S对镁阳极材料显微组织、相结构、表面形貌及成分分 布的影响：并通过恒电流法、动电位极化法和排水集气法等研究了该镁合金的腐蚀行为和电化学性能·结果表明：合金元素 Sn的加入可以抑制棒状BM:Al相沿晶界析出，随着Sn含量的增大，颗粒相MSn增多；均匀化处理使大部分B-M,A2 相溶解，而残留M袅S未溶相.Sm的加入可以提高镁合金自腐蚀电位和析氢率，当S质量分数为1%时镁合金阳极的放电电 压和电流效率最大.析氢率随电流密度的增大而增大，当电流密度为20mA·am时电流效率最高，可达82.28%.腐蚀产物主 要成分为M0和AkO3,且疏松，易脱落，使镁合金阳极的工作电位负而且稳定，可促进电池反应深入进行· 关键词海水电池：阳极材料；镁合金：电化学性能：锡 分类号TG146.2+2 Effect of tin on the m icrostructure and electrochem ical properties ofM gAlSn- Zn m agnesium alloy anod ic m aterials for seaw ater batteries WANG Ping,LI Jian ping GUO Yong-chun YANG Zhong School ofMaterials and Chan ical Engineering Xi'an Technobgical University Xi'an 710032 China *Coresponding au thor Email wangping0402@sina com ABSTRACT The morphologies m icrostructure and composition distrbution ofmagnesim alloy anodic materials for seawater batter ies were studied by metallograph ic m icmoscopy X-ray diffraction (XRD).scanning electron m icroscopy (SEM)and energy dispersive spectroscopy (EDS).The corrosion behavior and electrochem ical properties of the Mg alloys were also investigated by the constant cur rentmethod potential polarization and collecting gas through drainage The results showed that tin restrained BMgAl phase precipi tation along grain boundaries W ith the content of tin ncreasing granularMgSn phase mproved After unifom heat treament most of BMgAl2 phase dissolved butmost ofMg Sn phase did not Tin coul iprove the self-corrosion potential and the release hydro- gen mate The magnesium alloy anode with 1%tin had high discharge potential and current efficiency W ith the current density increas" ing the release hydrogen rate augnented The current efficiency reached 82.28%at 20mA.an2.The main canpositions of the cor mosion products were Mgo and AkO which were easily peeled off As a result more negative and stable work potential was produced and the reaction was accelerated continuously KEY W ORDS seawater batteries anodic materials magnesim alloys electrochem ical properties tin 镁标准电极电位为-2.37V电化当量为水艇、浮标、导弹、空间飞行器和生物微系统5-). 2.24Ag,电化学活性很高，是较理想的化学电但是，纯镁和用作结构材料的镁合金由于具有材料 源负极材料-).作为牺牲阳极材料、电池负极材 表面氧化物和腐蚀产物难于脱落，易形成饨化层，阳 料被广泛应用，每年有3~4万的市场需求量，且 极极化严重，析氢量大（即自腐蚀速率快），以及活 以每年20%的速度增长3-).镁电池也可应用于航 性物质利用率低等缺点，因而不适合作为电极材料 空航天、军事和生物医学等方面，如水下推进器、潜 使用7-81. 收稿日期：2010-08-30第 33卷 第 9期 2011年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．33Ｎｏ．9 Ｓｅｐ．2011 Ｓｎ对 Ｍｇ--Ａｌ--Ｓｎ--Ｚｎ系海水电池用镁阳极材料组织 及电化学性能的影响 王 萍 * 李建平 郭永春 杨 忠 西安工业大学材料与化工学院‚西安 710032 * 通信作者‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｗａｎｇｐｉｎｇ0402＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 摘 要 采用金相显微镜、Ｘ射线衍射、扫描电镜和结合能谱仪研究了 Ｓｎ对镁阳极材料显微组织、相结构、表面形貌及成分分 布的影响；并通过恒电流法、动电位极化法和排水集气法等研究了该镁合金的腐蚀行为和电化学性能．结果表明：合金元素 Ｓｎ的加入可以抑制棒状 β--Ｍｇ17Ａｌ12相沿晶界析出‚随着 Ｓｎ含量的增大‚颗粒相 Ｍｇ2Ｓｎ增多；均匀化处理使大部分 β--Ｍｇ17Ａｌ12 相溶解‚而残留 Ｍｇ2Ｓｎ未溶相．Ｓｎ的加入可以提高镁合金自腐蚀电位和析氢率‚当 Ｓｎ质量分数为 1％时镁合金阳极的放电电 压和电流效率最大．析氢率随电流密度的增大而增大‚当电流密度为 20ｍＡ·ｃｍ －2时电流效率最高‚可达 82∙28％．腐蚀产物主 要成分为 ＭｇＯ和 Ａｌ2Ｏ3‚且疏松‚易脱落‚使镁合金阳极的工作电位负而且稳定‚可促进电池反应深入进行． 关键词 海水电池；阳极材料；镁合金；电化学性能；锡 分类号 ＴＧ146∙2 ＋2 ＥｆｆｅｃｔｏｆｔｉｎｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＭｇ-Ａｌ-Ｓｎ- Ｚｎｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙａｎｏｄｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｓｅａｗａｔｅｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ ＷＡＮＧＰｉｎｇ * ‚ＬＩＪｉａｎ-ｐｉｎｇ‚ＧＵＯＹｏｎｇ-ｃｈｕｎ‚ＹＡＮＧＺｈｏｎｇ ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ‚Ｘｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ‚Ｘｉ’ａｎ710032‚Ｃｈｉｎａ * Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｗａｎｇｐｉｎｇ0402＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ‚ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙａｎｏｄｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｓｅａｗａｔｅｒｂａｔｔｅｒ- ｉｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ‚Ｘ-ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）‚ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ） ａｎｄｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＥＤＳ）．ＴｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅＭｇａｌｌｏｙｓｗｅｒｅａｌｓｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒ- ｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄ‚ｐｏｔｅｎｔｉａｌｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｇａｓｔｈｒｏｕｇｈｄｒａｉｎａｇｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｉｎｒｅｓｔｒａｉｎｅｄβ-Ｍｇ17Ａｌ12ｐｈａｓｅｐｒｅｃｉｐｉ- ｔａｔｉｏｎａｌｏｎｇｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｉｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ‚ｇｒａｎｕｌａｒＭｇ2Ｓｎｐｈａｓｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ａｆｔｅｒｕｎｉｆｏｒｍｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ‚ｍｏｓｔ ｏｆβ-Ｍｇ17Ａｌ12ｐｈａｓｅｄｉｓｓｏｌｖｅｄ‚ｂｕｔｍｏｓｔｏｆＭｇ2Ｓｎｐｈａｓｅｄｉｄｎｏｔ．Ｔｉｎｃｏｕｌｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｌｆ-ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌａｎｄｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｈｙｄｒｏ- ｇｅｎｒａｔｅ．Ｔｈｅｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙａｎｏｄｅｗｉｔｈ1％ ｔｉｎｈａｄｈｉｇｈｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｏｔｅｎｔｉａｌａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｗｉｔｈｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｉｎｃｒｅａｓ- ｉｎｇ‚ｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｈｙｄｒｏｇｅｎｒａｔｅａｕｇｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｒｅａｃｈｅｄ82∙28％ ａｔ20ｍＡ·ｃｍ －2．Ｔｈｅｍａｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｃｏｒ- ｒｏｓｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｓｗｅｒｅＭｇＯａｎｄＡｌ2Ｏ3ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｅａｓｉｌｙｐｅｅｌｅｄｏｆｆ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ‚ｍｏｒｅｎｅｇａｔｉｖｅａｎｄｓｔａｂｌｅｗｏｒｋｐｏｔｅｎｔｉａｌｗａｓｐｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｗａｓａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｓｅａｗａｔｅｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ；ａｎｏｄｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｔｉｎ 收稿日期：2010--08--30 镁 标 准 电 极 电 位 为 -2∙37Ｖ‚电 化 当 量 为 2∙24Ａ·ｈ·ｇ －1‚电化学活性很高‚是较理想的化学电 源负极材料 ［1－2］．作为牺牲阳极材料、电池负极材 料被广泛应用‚每年有 3～4万 ｔ的市场需求量‚且 以每年 20％的速度增长 ［3－4］．镁电池也可应用于航 空航天、军事和生物医学等方面‚如水下推进器、潜 水艇、浮标、导弹、空间飞行器和生物微系统 ［5－6］． 但是‚纯镁和用作结构材料的镁合金由于具有材料 表面氧化物和腐蚀产物难于脱落‚易形成钝化层‚阳 极极化严重‚析氢量大 （即自腐蚀速率快 ）‚以及活 性物质利用率低等缺点‚因而不适合作为电极材料 使用 ［7－8］． DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2011．09．013