稀土对铝合金阳极结构与性能的影响

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介绍了铝-空气电池和铝合金阳极的发展历程及其存在的问题。在Al-In-Zn-Sn合金的基础上,从改变稀土Ce的含量,改变掺杂稀土元素,合金热处理以及在电解液中添加稀土金属离子几个方面对铝合金阳极结构和性能进行了研究。将铝合金作为研究电极,并通过金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱(EDAX)对其表面形貌和合金结构进行了分析。通过阳极极化曲线、循环伏安曲线、析氢曲线、恒流放电曲线等性能测试,对稀土元素在铝合金阳极所产生的影响进行了研究。 结果表明,稀土Ce的加入使铝合金的晶粒细化,作用在稀土Ce加入量不大于0.5%时较明显;稀土Ce的加入,偏析相数量增加,自腐蚀电位发生负移,恒流放电性能得到提高,当稀土Ce的加入量为0.3%时,自腐蚀电位负移最大,恒流放电性能最好。稀土元素加入量均为0.3%时,分别掺入稀土元素La、Ce、Pr-Nd,测试铝阳极的性能发现,Ce对工业纯铝的细化效果强于La,强于Pr-Nd的细化效果;La降低电阻率的作用大于Ce,大于稀土Pr-Nd;稀土Ce能更好的抑制析氢腐蚀,提高阳极利用率,但是开路电压比掺La合金的要低。合金在500℃温度下进行热处理,铝合金阳极的晶粒细化,偏析相数量有所减少,保温时间越长,细化越明显;另外,铝合金热处理后,开路电位和工作电位有所上升,自腐蚀电位负移;热处理还可以改善含稀土铝合金阳极的表面溶解的均匀性,且不会降低阳极效率,有利于该类阳极的实际应用。常温下,不含稀土和含稀土的铝合金都能均匀溶解,但高温时含稀土的铝合金阳极溶解均匀,而不含稀土的铝合金阳极溶解不均匀,甚至发生大块的颗粒脱落。在以NaCl为电解液的体系中,添加含Ce<3+>的盐溶液,稀土金属离子Ce<3+>在阴极区不仅形成了难溶、致密的氢氧化铈(或氧化铈)沉淀覆盖层,而且由于三价铈离子较强的还原性,使它在阴极区产生了“耗氧”的氧化还原反应,强烈地抑制了阴极区氧的去极化腐蚀,对铝合金具有一定的缓蚀作用。
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