[发明专利]一种Mg‑Hg中间合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固液两相金属中间合金制备方法，特别涉及一种Mg-Hg中间合金的制备方法，属于工业用镁合金范畴。

背景技术

海水电池的发展往往伴随着战争，特别是鱼雷潜艇的研发，具有非常重要的战略地位。最初的海水电池材料氯化银作为阴极的，但由于价格昂贵，发展相对缓慢，在随后开发了不含贵金属的电池体系材料，扩大了应用范围。目前关于海水电池的阳极材料的体系有很多，如锂、钙、镁、铝、锌等合金，其中锂、钙元素与水会发生剧烈反应，以一般海水电池结构来讲，无法控制其反应进行程度，因此目前尚未实用。

从金属活动顺序表中可知，镁的电极电位很低，是目前可不利用外加特殊手段而相对稳定存在于空气中的活泼金属。尽管镁合金的副反应较为严重，但镁的电压高，可以大电流放电，是目前最广泛使用的一种海水电池阳极材料。

从电化学原理中可知，氢气在不同金属表面析出的难易程度可以用析氢过电位表示，许多金属的析氢过电位均服从Tafel公式。

η_c＝a+b lgI

公式中常数a的物理意义是当电流密度为1A·cm^-2时的析氢过电位数值，其大小与金属表面吸附氢键的大小有直接关系，而吸附氢键主要是氢原子中的电子与金属中的不成对的d电子形成，因此，金属中d电子越多，不成对的d电子就越少，M-H的吸附也就弱。

常见的高析氢过电位元素主要有Pb、Hg、Ga、Tl、Sn等，其a值在1.0～1.5V。在合金中加入高析氢过电位元素，不仅可以减弱表面腐蚀产物膜的形成，还可以减少阳极极化，增加放电电压，因此是目前在海水电池阴极材料中常常添加的合金元素。

Mg-Hg-Ga体系是目前海水电池中的典型阴极材料体系，其最主要的特点是合金元素含量低，没有严重的副反应，极化轻微。但由于Hg、Ga元素的特殊性，难于加工，对熔炼及塑性加工工艺提出了很高的要求。传统的Mg-Hg-Ga合金熔炼是以金属汞的形式加入镁熔体中，由于熔体温度远高于汞的沸点357℃，高温会造成汞的大量挥发，严重污染环境，损害现场工作人员健康，现场工作的人员必须配备呼气器，防毒工作服，降低企业生产效率，另外，汞元素的挥发使得合金中的汞含量不可控，合金质量的稳定性、成本及批产能力都受到了很大的影响。

基于此，有必要就上述问题提出一种解决方案，为方便Mg-Hg-Ga体系合金的制备加工提供保障。

发明内容

针对Hg室温下即为液态金属的特点，直接熔炼成合金较为困难，本发明提供了一种Mg-Hg中间合金的制备方法。

一种Mg-Hg中间合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)选用耐高温陶瓷体作为中间合金的承载体；

(2)对陶瓷体进行预热，除去所含的水汽，然后随炉冷却；

(3)将纯镁板表面打磨并保有一定的粗糙度，除去杂质，然后均匀钻孔；孔的大小随着陶瓷体尺寸的变化而改变；

(4)将镁板紧密排列在陶瓷体内，镁板之间均匀撒上纯镁粉，并在每一层中间加入汞，或者先将镁粉与汞进行充分搅拌，然后撒在镁板中间，同时对已钻孔洞进行填充；

(5)将陶瓷体密封，然后放入洒满硫磺的耐高温容器中，连同容器一起放入马弗炉中进行热处理，然后随炉冷却至室温；

(6)取出陶瓷体中的镁板，去除表面杂质，然后进行加工变形。

步骤(1)中，所述的中间合金的承载体可为MgO、ZrO₂或者是SiC材质，为厚壁容器，或者为实心材料加工成的容器。

步骤(2)中，陶瓷体的预热温度为200℃～300℃，时间为1h～3h。

步骤(3)中，镁板的厚度为0.5mm～10mm，表面的粗糙度可为100-200；钻孔的尺寸为1mm～3mm，孔与孔之间的距离为3～10mm。

步骤(4)中，所述的镁粉的粒度为50～100目。镁的重量符合Mg-Hg中间合金的预定值，汞的重量适当大于预定值，汞的加入量按照收得率为80％～95％(重量％)计算。

步骤(5)中，陶瓷体的热处理制度为100～150℃保温10h～20h，升温至200℃～250℃保温10h～20h，继续升温至300℃～340℃，保温2h～5h。

步骤(6)中，所述的加工变形包括锻造、轧制等，加工后得到块体或板体；所述的加工变形还可为先经过锻造或轧制，然后进行挤压变形，得到棒材。所述的加工变形的温度为室温(25℃)至350℃，然后空冷。

本发明的优点：