一种铸造电极材料及制备方法

摘要

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种铸造电极材料及制备方法。本发明提供一种铸造电极材料，该合金材料的工作电位负值较高；本发明还提供一种铸造电极材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。本发明铸造电极材料，各成分的重量百分含量为：Sc0.1-0.3%，Th0.03-0.05%，As0.04-0.08%，Fe 0.3-0.5%，Os0.02-0.04%，Se1-2%，其余为Mg。

权利要求

1.一种铸造电极材料，其特征是：各成分的重量百分含量为：Sc 0.1-0.3%， Th

0.03-0.05%，As 0.04-0.08%，Fe 0.3-0.5%，Os 0.02-0.04%，Se 1-2%，其余为Mg。

2.权利要求1所述铸造电极材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

1）首先按照上述成分进行配料，原料Sc、Th、As、Fe、Os、Se、Mg以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；

2）采用坩埚电阻炉熔炼合金原料，先将坩埚加热至450～500℃，然后在坩埚壁及底部均匀地撒上占合金原料重量3-5%的镁熔剂；然后将合金原料放入坩埚中，再在合金原料上撒上占合金原料重量0.8-1.5%的镁熔剂，然后加热坩埚，待坩埚中合金原料全部熔化后，拨去液面上的炉渣，撒入占合金原料重量4-6%的镁熔剂，再将坩埚升温至720-740℃，保温

4-8min后，将熔融液态合金浇入铸型中；

3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20-30分钟后取出，取出后在4-8分钟内将步骤2）熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金条；浇注完成10-20分钟后，将合金条从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至110-120℃，保温20-30分钟，即得到铸造电极材料。

3.根据权利要求2所述铸造电极材料的制备方法，其特征是：步骤2）中镁熔剂的重量百分比含量为：MgCl2 29-36%，CaF2 14-17%，NaCl 3-5%，CaCl2 3-4%，MgO 0.5-0.9%，AgCl

0.5-1%，CsCl 1.1-1.4%，其余为KCl。

4.根据权利要求2所述铸造电极材料的制备方法，其特征是：步骤3）中铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比活性白土3-4%，高岭石3-4%，水6-8%，硼酸1-2%，其余为锆英砂进行配料；通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120-130℃炉中硬化20-30分钟取出，冷却至室温。

5.根据权利要求4所述铸造电极材料的制备方法，其特征是：所述活性白土的化学成分为：Al2O3 16-19%，Fe2O3 2-3%，FeO 0.1-0.2%，TiO 0.1-0.2%，CaO 1-3%，MgO 4-6%，MnO

0.1-0.2%，K2O 0.5-0.8%，Na2O 0.1-0.3%，P2O5 0.02-0.05%，其余为SiO2；高岭石的化学式为Al4[Si4O10]·(OH)8，锆英砂的成分为ZrO2 65-68%，其余为SiO2；活性白土和高岭石为粉状，粉粒尺寸为2-4微米，锆英砂为粒状，尺寸为200-250微米。

6.根据权利要求2所述铸造电极材料的制备方法，其特征是：步骤3）中合金条的长、宽、厚尺寸分别为150-200mm，80-100mm，15-20mm。

说明书

一种铸造电极材料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料领域，涉及一种铸造电极材料及制备方法。

背景技术

[0002] CN201310222515.1涉及一种铝合金阳极材料，具体地讲涉及一种含金属元素钒的铝合金电极材料；本发明还涉及该铝合金阳极材料的制备方法。该铝合金阳极材料包含铝、镁、锡和铟，还包括钒；上述元素组分依质量百分含量计，Mg为0.5-5%，V为0.01-0.2%，Sn为0.01-0.4%，In为0.01-0.3%，余量为金属铝。但是该铝合金阳极材料工作电位负值偏低。

发明内容

[0003] 本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种铸造电极材料，该合金材料的工作电位负值较高。

[0004] 本发明的另一目的是提供一种铸造电极材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

[0005] 本发明技术方案如下：

[0006] 一种铸造电极材料，其特征在于，各成分的重量百分含量为：Sc 0.1-0.3%， Th0.03-0.05%，As 0.04-0.08%，Fe 0.3-0.5%，Os 0.02-0.04%，Se 1-2%，其余为Mg。

[0007] 一种铸造电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0008] 1）首先按照上述成分进行配料，原料Sc、Th、As、Fe、Os、Se、Mg以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；

[0009] 2）采用坩埚电阻炉熔炼合金原料，先将坩埚加热至450～500℃，然后在坩埚壁及底部均匀地撒上占合金原料重量3-5%的镁熔剂；然后将合金原料放入坩埚中，再在合金原料上撒上占合金原料重量0.8-1.5%的镁熔剂，然后加热坩埚，待坩埚中合金原料全部熔化后，拨去液面上的炉渣，撒入占合金原料重量4-6%的镁熔剂，再将坩埚升温至720-740℃，保温4-8min后，将熔融液态合金浇入铸型中；

[0010] 3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20-30分钟后取出，取出后在4-8分钟内将步骤2）熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金条；浇注完成10-20分钟后，将合金条从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至110-120℃，保温20-30分钟，即得到铸造电极材料。

[0011] 步骤2）中镁熔剂的重量百分比含量为：MgCl2 29-36%，CaF2 14-17%，NaCl 3-5%，CaCl2 3-4%，MgO 0.5-0.9%，AgCl 0.5-1%，CsCl 1.1-1.4%，其余为KCl。

[0012] 步骤3）中铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比活性白土3-4%，高岭石3-4%，水6-8%，硼酸1-2%，其余为锆英砂进行配料；通过人工撞实方法将铸型做好后，置于
120-130℃炉中硬化20-30分钟取出，冷却至室温。

[0013] 所述活性白土的化学成分为：Al2O3 16-19%，Fe2O3 2-3%，FeO 0.1-0.2%，TiO0.1-0.2%，CaO 1-3%，MgO 4-6%，MnO 0.1-0.2%，K2O 0.5-0.8%，Na2O 0.1-0.3%，P2O5
0.02-0.05%，其余为SiO2；高岭石的化学式为Al4[Si4O10]·(OH)8，锆英砂的成分为ZrO2
65-68%，其余为SiO2；活性白土和高岭石为粉状，粉粒尺寸为2-4微米，锆英砂为粒状，尺寸为200-250微米。

[0014] 步骤3）中合金条的长、宽、厚尺寸分别为150-200mm，80-100mm，15-20mm。

[0015] 本发明的有益效果：

[0016] 本发明铸造电极材料经激冷铸造并有低温均匀化处理后，阳极材料组织更加均匀，具有较负的自腐蚀电位和工作电位，较好的阳极极化性能，表明均匀化处理后，阳极材料电化学性能能够得到提高。Os元素作用是提高合金的抗氧化性；在纯镁中加入合金元素Se 和 Th，电位负移；加入合金元素 As 后，极化曲线变化平缓；Mg和 Fe元素可以形成共晶组织；加入合金元素Sc后，材料组织细化，开路电位负移。

[0017] 与现有技术相比，本发明材料工作电位负、自腐蚀速率低。本发明制备中，没有大量使用稀贵元素，所取原料成本降低；另外合金经过较为快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，因此也就保证了合金的质量。该合金制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明合金材料可以应用于电极行业。

[0018] 本发明将熔融合金浇入铸型的型腔，采用快速冷却、热处理和合金化结合的方式，既有效降低合金中的相尺寸，保证化学成分的均匀分布，保证了合金的磁性能，也通过梯度处理大大降低了快速冷却造成的内应力，也保证了合金的力学性能。

附图说明

[0019] 图1为本发明实施例一制备的材料组织图。

[0020] 由图1可见，本发明制备的组织均匀致密。

具体实施方式

[0021] 以下各实施例中所用原料如下：

[0022] 活性 白土的化 学成分 为：Al2O3 16-19%，Fe2O3 2-3%，FeO 0.1-0.2%，TiO0.1-0.2%，CaO 1-3%，MgO 4-6%，MnO 0.1-0.2%，K2O 0.5-0.8%，Na2O 0.1-0.3%，P2O5
0.02-0.05%，其余为SiO2；活性白土为粉状，粉粒尺寸为2-4微米。

[0023] 高岭石的化学式为Al4[Si4O10]·(OH)8，高岭石为粉状，粉粒尺寸为2-4微米。

[0024] 锆英砂的成分为ZrO2 65-68%，其余为SiO2；锆英砂为粒状，尺寸为200-250微米。

[0025] 实施例一：

[0026] 本发明铸造电极材料，各成分的重量百分含量为：Sc 0.1%，Th 0.03%，As 0.04%，Fe 0.3%，Os 0.02%，Se 1%，其余为Mg。

[0027] 本发明铸造电极材料的制备方法，包括以下步骤：

[0028] 1）首先按照上述成分进行配料，原料Sc、Th、As、Fe、Os、Se、Mg以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；

[0029] 2）采用坩埚电阻炉熔炼合金原料，先将坩埚加热至450℃，然后在坩埚壁及底部均匀地撒上占合金原料重量3%的镁熔剂；然后将合金原料放入坩埚中，再在合金原料上撒上占合金原料重量0.8%的镁熔剂，然后加热坩埚，待坩埚中合金原料全部熔化后，拨去液面上的炉渣，撒入占合金原料重量4%的镁熔剂，再将坩埚升温至720℃，保温4min，目的是使合金均匀化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；所述镁熔剂的重量百分比含量为：MgCl229%，CaF2 14%，NaCl 3%，CaCl2 3%，MgO 0.5%，AgCl 0.5%，CsCl 1.1%，其余为KCl；所述铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比活性白土3%，高岭石3%，水6%，硼酸1%，其余为锆英砂进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120℃炉中硬化20分钟取出，冷却至室温；

[0030] 3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20分钟后取出，取出后在4分钟内将步骤2）熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金条，合金条的长、宽、厚尺寸分别为150mm，80mm，15mm；浇注时型腔内的温度为-165～-175℃，浇注完成10分钟后，将合金条从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至110℃，保温20分钟，即得到铸造电极材料。

[0031] 实施例二：

[0032] 本发明铸造电极材料，各成分的重量百分含量为：Sc 0.3%，Th 0.05%，As 0.08%，Fe 0.5%，Os 0.04%，Se 2%，其余为Mg。

[0033] 本发明铸造电极材料的制备方法，包括以下步骤：

[0034] 1）首先按照上述成分进行配料，原料Sc、Th、As、Fe、Os、Se、Mg以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；

[0035] 2）采用坩埚电阻炉熔炼合金原料，先将坩埚加热至500℃，然后在坩埚壁及底部均匀地撒上占合金原料重量5%的镁熔剂；然后将合金原料放入坩埚中，再在合金原料上撒上占合金原料重量1.5%的镁熔剂，然后加热坩埚，待坩埚中合金原料全部熔化后，拨去液面上的炉渣，撒入占合金原料重量6%的镁熔剂，再将坩埚升温至740℃，保温8min，目的是使合金均匀化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；所述镁熔剂的重量百分比含量为：MgCl236%，CaF2 17%，NaCl 5%，CaCl2 4%，MgO 0.9%，AgCl 1%，CsCl 1.4%，其余为KCl；所述铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比活性白土4%，高岭石4%，水8%，硼酸2%，其余为锆英砂进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于130℃炉中硬化30分钟取出，冷却至室温；

[0036] 3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留30分钟后取出，取出后在8分钟内将步骤2）熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金条，合金条的长、宽、厚尺寸分别为200mm，100mm，20mm；浇注时型腔内的温度为-165～-175℃，浇注完成20分钟后，将合金条从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至120℃，保温30分钟，即得到铸造电极材料。

[0037] 实施例三：

[0038] 本发明铸造电极材料，各成分的重量百分含量为：Sc 0.2%，Th 0.04%，As 0.06%，Fe 0.4%，Os 0.03%，Se 1.5%，其余为Mg。

[0039] 本发明铸造电极材料的制备方法，包括以下步骤：

[0040] 1）首先按照上述成分进行配料，原料Sc、Th、As、Fe、Os、Se、Mg以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；

[0041] 2）采用坩埚电阻炉熔炼合金原料，先将坩埚加热至475℃，然后在坩埚壁及底部均匀地撒上占合金原料重量4%的镁熔剂；然后将合金原料放入坩埚中，再在合金原料上撒上占合金原料重量1.1%的镁熔剂，然后加热坩埚，待坩埚中合金原料全部熔化后，拨去液面上的炉渣，撒入占合金原料重量5%的镁熔剂，再将坩埚升温至730℃，保温6min，目的是使合金均匀化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；所述镁熔剂的重量百分比含量为：MgCl232%，CaF2 16%，NaCl 4%，CaCl2 3.5%，MgO 0.7%，AgCl 0.7%，CsCl 1.3%，其余为KCl；所述铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比活性白土3.5%，高岭石3.5%，水7%，硼酸1.5%，其余为锆英砂进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于125℃炉中硬化25分钟取出，冷却至室温；

[0042] 3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留25分钟后取出，取出后在6分钟内将步骤2）熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金条，合金条的长、宽、厚尺寸分别为175mm，90mm，17mm；浇注时型腔内的温度为-165～-175℃，浇注完成15分钟后，将合金条从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至115℃，保温25分钟，即得到铸造电极材料。

[0043] 实施例四：（成份配比不在本发明设计方案内）

[0044] 本发明铸造电极材料，各成分的重量百分含量为：Sc 0.05%，Th 0.01%，As 0.03%，Fe 0.2%，Os 0.01%，Se 0.5%，其余为Mg。

[0045] 本发明铸造电极材料的制备方法步骤同实施例一。

[0046] 实施例五：（成份配比不在本发明设计方案内）

[0047] 本发明铸造电极材料，各成分的重量百分含量为：Sc 0.4%，Th 0.06%，As 0.09%，Fe 0.6%，Os 0.06%，Se 2.4%，其余为Mg。

[0048] 本发明铸造电极材料的制备方法步骤同实施例一。

[0049] 表一

[0050]

[0051] 由表一可以看出，添加Sc、Th、As、Fe、Os、Se元素有助于合金电池性能的提高。但是超出本案规定的范围，性能非但提高，反而降低。原因是这些过多，会加剧元素之间不良化合物的形成，也降低了元素的有效作用。Sc、Th、Os元素过多，不再起作用，浪费原材料。