专利名称：适用于电池负极的镁锰钇合金材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种合金材料。
背景技术：
镁合金具有阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果好、机加工性能优良、零件尺寸稳定、易回收等特点。在宇航业、兵器、汽车、电子等领域中都有很广阔的应用前景。其不仅可以应用于结构材料领域，还可以应用于功能材料方面。由于镁资源丰富、价格低廉、对环境友好、安全性高、理论比能量高、标准电势较负且腐蚀速度较为稳定，因此，镁作为一种很有前途的电池负极材料，受到越来越多的重视。目前，镁合金用作电池负极材料时主要存在以下几个问题:I)由于自腐蚀速度较快、阳极利用率低，尤其是阳极极化严重等原因，使其无法达到应用的标准，难以满足现实要求，因此一直未能得到广泛的应用；2)在镁合金电池使用的过程中，会不断生成白色产物Mg(OH)2,使得电解液变浑浊，随着电池使用时间的增加，Mg(OH)2的量不断加大，电解液将越来越粘稠，严重影响了电极的正常使用。因此,研制一种自腐蚀速度较慢、且能增加电解液中白色产物Mg (OH) 2溶解度从而提高镁负极利用率的新型镁合金材料，具有重要的理论和工程实际意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种适用于电池负极的镁锰钇合金材料及其制备方法，以解决现有镁合金电池负极材料自腐蚀速度快及利用率低的技术问题。本发明通过以下技术手段解决上述技术问题:本发明公开了一种适用于电池负极的镁锰钇合金材料，按重量百分比计由以下组分构成:Mn:0.50-1.50%, Y:0.10-0.30%，余量为Mg和杂质，其中，杂质的含量不超过
0.3%。进一步，所述合金材料由镁、镁锰中间合金和镁钇中间合金熔炼而成。本发明还公开了一种上述的镁锰钇合金材料的制备方法，包括以下步骤:a)取与上述镁、锰、钇含量相当的原料并放入位于感应炉内的坩埚中，对感应炉抽真空，然后向感应炉内通入氩气，保持感应炉内气压高于标准大气压90 IlOPa ；b)将感应炉内温度升温至700 740V，待原料完全熔化后，使坩埚在该温度条件下保温静置9 11分钟；c)增加感应炉内氩气的压力，将熔炼的液态合金压入模具中，得到铸态的镁锰钇合合。
进一步，所述步骤b)中，将感应炉内温度升温至720V，待原料完全熔化后，使坩埚在该温度条件下保温静置10分钟。本发明的有益效果:本发明的适用于电池负极的镁锰钇合金材料具有以下优点:
I)锰和钇加入镁合金中，都可以细化合金晶粒，使合金具有较高的活性，显示出较好的放电特性和放电容量，且放电产物更容易溶解在电解液溶液中。2)锰和钇加入镁合金中，都可以明显地提高镁合金的耐蚀性能。此外，钇可以与镁合金表面层中的杂质元素反应，起到净化表面的作用，使镁合金表面活性点减少或消失，从而使得合金的耐腐蚀性能提高。另外，上述镁锰钇合金材料的制备方法中，通过在具有特定压力保护气环境下熔炼，并合理控制熔炼时间，有利于细化合金晶粒，采用该方法制成的新型镁锰钇合金，其放电特性和放电容量良好。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。图1为实施例1的镁锰钇合金材料与纯镁在3.5% NaCl溶液中电流-时间曲线的对比示意图(电势E = -1.0V)；图2为实施例2的镁锰钇合金材料与纯镁在3.5% NaCl溶液中电流-时间曲线的对比示意图(电势E = -1.0V)；图3为实施例3的镁锰钇合金材料与纯镁在3.5% NaCl溶液中电流-时间曲线的对比示意图(电势E = -1.0V)。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明进行详细说明:实施例1:本实施例的适 用于电池负极的镁锰钇合金材料，按重量百分比计由以下组分构成:Mn:0.50%, Y:0.10%,余量为Mg和杂质，其中，杂质的含量不超过0.3%，通常情况下，杂质为Fe、S1、Al、Zn等。本实施例中，所述合金材料由镁、镁锰中间合金和镁钇中间合金熔炼而成，解决烧损，高熔点合金不易熔入等问题。上述镁锰钇合金材料通过以下方法制备:所述镁锰钇合金材料的制备方法包括以下步骤:a)取与上述镁、锰、钇含量相当的原料并放入位于感应炉内的坩埚中，对感应炉抽真空，然后向感应炉内通入氩气，保持感应炉内气压高于标准大气压90Pa ；b)将感应炉内温度升温至700°C，待原料完全熔化后，使坩埚在该温度条件下保温静置9分钟；c)增加感应炉内氩气的压力，将熔炼的液态合金压入模具中，得到铸态的镁锰钇
I=1-Wl O 将本实施例的镁合金材料与纯镁在3.5% NaCl溶液中进行对比电学性能测试，测试结果如图1所示；该镁合金材料和纯镁分别在3.5% NaCl溶液中放电20分钟后溶液中固态放电产物的含量(按重量计):镁合金材料:0.0019%、纯镁:0.0029%。该镁合金材料和纯镁分别在3.5% NaCl溶液中放电20分钟后重量消耗:镁合金材料:0.0249g、纯镁:0.0165g。
实施例2:本实施例的适用于电池负极的镁锰钇合金材料，按重量百分比计由以下组分构成:Mn:1.0%, Y:0.15%，余量为Mg和杂质，其中，杂质的含量不超过0.3%，通常情况下，杂质为Fe、S1、Al、Zn等。本实施例中，所述合金材料由镁、镁锰中间合金和镁钇中间合金熔炼而成，解决烧损，高熔点合金不易熔入等问题。上述镁锰钇合金材料通过以下方法制备:所述镁锰钇合金材料的制备方法包括以下步骤:a)取与上述镁、锰、钇含量相当的原料并放入位于感应炉内的坩埚中，对感应炉抽真空，然后向感应炉内通入氩气，保持感应炉内气压高于标准大气压IOOPa ；b)将感应炉内温度升温至720°C，待原料完全熔化后，使坩埚在该温度条件下保温静置10分钟；c)增加感应炉内氩气的压力，将熔炼的液态合金压入模具中，得到铸态的镁锰钇
I=1-Wl O将本实施例的镁合金材料与纯镁在3.5% NaCl溶液中进行对比电学性能测试，测试结果如图2所示；该镁合金材料和纯镁分别在3.5% NaCl溶液中放电20分钟后溶液中固态放电产物的含量(按重量计):镁合金材料:0.0015%、纯镁:0.003%。该镁合金材料和纯镁分别在3.5% NaCl溶液中放电20分钟后耐蚀性比较:放电相同时间后重量消耗: 镁合金材料:0.0238g、纯镁:0.0167g。实施例3:本实施例的适用于电池负极的镁锰钇合金材料，按重量百分比计由以下组分构成:Mn:1.50%、Y:0.30%，余量为Mg和杂质，其中，杂质的含量不超过0.3%，通常情况下，杂质为Fe、S1、Al、Zn等。本实施例中，所述合金材料由镁、镁锰中间合金和镁钇中间合金熔炼而成，解决烧损，高熔点合金不易熔入等问题。上述镁锰钇合金材料通过以下方法制备:所述镁锰钇合金材料的制备方法包括以下步骤:a)取与上述镁、锰、钇含量相当的原料并放入位于感应炉内的坩埚中，对感应炉抽真空，然后向感应炉内通入氩气，保持感应炉内气压高于标准大气压IlOPa ；b)将感应炉内温度升温至740°C，待原料完全熔化后，使坩埚在该温度条件下保温静置11分钟；c)增加感应炉内氩气的压力，将熔炼的液态合金压入模具中，得到铸态的镁锰钇
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I=1-Wl O将本实施例的镁合金材料与纯镁在3.5% NaCl溶液中进行对比电学性能测试，测试结果如图3所示；该镁合金材料和纯镁分别在3.5% NaCl溶液中放电20分钟后溶液中固态放电产物的含量(按重量计):镁合金材料:0.002%、纯镁:0.0032%。该镁合金材料和纯镁分别在3.5% NaCl溶液中放电20分钟后耐蚀性比较:放电相同时间后重量消耗:镁合金材料:0.0241g、纯镁:0.0166g。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围 当中。
权利要求
1.一种适用于电池负极的镁锰钇合金材料，其特征在于:按重量百分比计由以下组分构成:Mn:0.50-1.50%, Y:0.10-0.30%，余量为Mg和杂质，其中，杂质的含量不超过0.3%。
2.根据权利要求1所述的适用于电池负极的镁锰钇合金材料，其特征在于:所述合金材料由镁、镁锰中间合金和镁钇中间合金熔炼而成。
3.权利要求1或2所述的镁锰钇合金材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: a)取与上述镁、锰、钇含量相当的原料并放入位于感应炉内的坩埚中，对感应炉抽真空，然后向感应炉内通入氩气，保持感应炉内气压高于标准大气压90 IlOPa: b)将感应炉内温度升温至700 740V，待原料完全熔化后，使坩埚在该温度条件下保温静置9 11分钟； c)增加感应炉内氩气的压力，将熔炼的液态合金压入模具中，得到铸态的镁锰钇合金。
4.根据权利要求3所述的镁锰钇合金材料的制备方法，其特征在于:所述步骤b)中，将感应炉内温度升温至720°C，待原料完全熔化后，使坩埚在该温度条件下保温静置10分钟。
全文摘要
本发明公开了一种适用于电池负极的镁锰钇合金材料及其制备方法，该材料按重量百分比计由以下组分构成Mn0.50-1.50％、Y0.10-0.30％，余量为Mg和杂质，其中，杂质的含量不超过0.3％，其制备工艺通过在具有特定压力保护气环境下熔炼，并合理控制熔炼时间，使所得的合金材料具有以下优点1)锰和钇加入镁合金中以及对制备工艺参数的控制都可以细化合金晶粒，使合金具有较高的活性，使其具有较好的放电特性和放电容量，且放电产物更容易溶解在电解液溶液中；2)锰和钇加入镁合金中，可以明显地提高镁合金的耐蚀性能。此外，钇可以与镁合金表面层中的杂质元素反应，起到净化表面的作用，使镁合金表面活性点减少或消失，从而使得合金的耐腐蚀性能提高。
文档编号C22C23/00GK103233152SQ20131015763
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者潘复生, 蒋斌, 向庆, 杨青山, 刘玉虹 申请人:重庆大学