Mg基陽極材料熱力學數(shù)據(jù)庫的建立及其合金設計.pdf

1、鎂合金具有密度小，理論比容量大，標準電極電位負、電壓范圍廣等優(yōu)點，因此作為陽極材料被廣泛應用于化學電源中。目前，鎂基陽極材料還存在極化嚴重、陽極利用率低、激活時間長等不足。傳統(tǒng)鎂基陽極材料的開發(fā)以“嘗試法”為主，研發(fā)周期長，浪費了大量人力和物力，嚴重阻礙了鎂基陽極材料的發(fā)展。2011年，隨著“材料基因組”計劃的的提出，研究者希望通過材料的設計來開發(fā)新型鎂基材料。相圖作為“材料基因組”中的重要組成部分，受到越來越多研究者的關(guān)注。目前為止，

2、已報道的鎂基陽極材料相平衡信息相對匱乏，有必要對其相平衡信息進行完善，并利用CALPHAD(Calculation of Phase Diagrams)方法，建立Mg陽極材料多元系的熱力學數(shù)據(jù)庫，對開發(fā)新型鎂基陽極材料具有重要的理論意義和實際應用價值。
　　本研究主要通過合金法對部分重要Mg-(Pb，Zn，Al，Sn)基三元系的相平衡進行了實驗測定，并利用CALPHAD方法對上述三元系的相圖進行了熱力學優(yōu)化與計算，建立了Mg基陽極

3、材料多元系的熱力學數(shù)據(jù)庫。利用所建立的熱力學數(shù)據(jù)庫設計合理的合金成分，并對Mg基合金的組織控制與電化學性能等開展了研究工作。本研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)本研究通過合金法對Mg-Pb-X(X: Zn、Al、Sn)、Al-Pb-X(X: Zn、Sn)和Al-Sn-Zn各三元系在200℃、300℃和400℃時的等溫截面相圖進行了實驗測定。在上述實驗測定的各三元系等溫截面相圖中均未發(fā)現(xiàn)三元化合物的存在。
　　(2)本研究系統(tǒng)地

4、收集和整理現(xiàn)有的熱力學性質(zhì)及相圖的實驗數(shù)據(jù)，采用合理的熱力學模型，對Pb-X(X: Mg、 Eu、Lu)、Mg-Pb-X(X: Zn、Al、Sn)、Al-Pb-X(X:Zn、Sn)和Al-Sn-Zn各體系的相平衡進行了熱力學優(yōu)化與計算，計算結(jié)果與實驗結(jié)果取得了良好的一致性。結(jié)合本研究所取得熱力學數(shù)據(jù)以及收集文獻報道的熱力學計算結(jié)果，充分考慮模型的兼容性和統(tǒng)一性，建立了Mg-Pb-Zn-Al-Ga-Sn多元系的熱力學數(shù)據(jù)庫。
　　(

5、3)本研究利用Mg-Pb-Zn-Al-Ga-Sn多元系的熱力學數(shù)據(jù)庫，計算了Mg-5Pb-Zn、Mg-Pb-Zn-Al、Mg-Pb-Zn-Ga、Mg-Pb-Zn-Al-Sn、Mg-Pb-Zn-Al-Ga和Mg-Pb-Zn-Al-Ga-Sn的縱截面相圖和相分數(shù)隨溫度的變化曲線。結(jié)合縱截面相圖和相分數(shù)的計算結(jié)果，設計并制備了一系列合金。
　　(4)本研究通過不同的熱處理工藝實現(xiàn)了對微觀組織的控制。鑄態(tài)合金中的合金元素富集在晶界處，隨著

6、熱處理時間的延長合金元素逐漸固溶在鎂基體中;當Zn含量較少時合金為均一的固溶體，當Zn含量為7wt.％時，合金中MgZn的析出量為0.9％;在Mg-5Pb-7Zn合金中添加微合金化元素Al和Ga，隨著微合金化元素含量的增加，合金中分別析出了Al12Mg17相和Mg5Ga2相;合金在300℃保溫72 h時組織均勻。
　　(5)本研究對一系列合金電極在300℃保溫72 h時的樣品進行了線性極化、恒電流放電和交流阻抗測試。研究結(jié)果表明M