[发明专利]用作海水激活电池阳极的镁合金薄板轧制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金薄板的生产方法，尤其涉及一种特殊功能镁合金薄板的铸轧和精轧方法。

背景方法

电池是电动鱼雷上动力装置的主要组成部分，它为推进电机提供能源。根据鱼雷动力装置的使用情况，鱼雷用电池应满足以下一些要求：比能量高、比功率大、使用寿命长、价格便宜、使用维护方便。鱼雷要得到发展，关键之一是要提高动力电池的性能并降低成本。电动鱼雷动力电池有：铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、银锌蓄电池、一次银锌电池、镁/氯化银鱼雷电池、镁/铜鱼雷电池及镁/氧化银电池等系列。镁的电压高、可以大电流工作、不生成钝化膜，尤其是镁的价格近年来越来越低廉，是鱼雷电池的一种优质负极材料。镁/氯化银鱼雷电池也是比较广泛的一种战雷用一次电池，  在二十世纪八十年代末期镁/氯化亚铜系列鱼雷电池就已应用到鱼雷动力电池上，其比能可达150Wh/kg，价格为同容量银锌电池的三分之一。

镁的化学活性很高，在电解质溶液中副反应严重，产生大量的氢气，导致阳极的法拉第效率降低。镁合金中有害杂质存在，易发生微观原电池腐蚀反应，因而镁的自腐蚀速度大。镁在海水中溶解反应时，由于产生较致密的Mg(OH)₂钝化膜，而影响了镁阳极活性溶解，使放电迅速衰减。因此，新的海水激活电池用镁合金研究是国际上的热点和难点。为了克服上述缺陷，可将镁和其它合金元素制成二元、三元乃至多元合金以提高需要的性能。

鱼雷电池的要满足电压高、电流密度大、自腐蚀小、连续放电时间长等性能指标，对镁合金薄板的要求很高。主要性能指标包括：含多种特殊合金元素的镁合金化学成分要准确，组织均匀细小和合金元素分布必须，薄板的尺寸和板型精度高。

阳极镁合金的发展，俄罗斯采用在镁中添加汞、镓、铟等元素，英国、美国和法国等国家添加铅、铊，含重金属的大密度元素的镁合金已经成为重要的鱼雷电池阳极材料。含铅、铊、汞、镓、铟等元素的镁合金，由于合金元素的密度比镁大得多，而且，这些元素在凝固时存在大密度相析出，因此，这类合金极容易形成比重偏析和区域偏析。比重偏析和区域偏析，因为偏析区域较广，要求偏析元素的扩散距离较长，在实用的退火温度和时间内不可能均匀扩散，无法退火去消除，故应以预防为主的原则加以避免。另外，凝固组织的枝晶组织伴随着微观偏析，粗大枝晶粒造成的严重微观偏析也是一种成分不均匀，完全消除需要很长的均匀化时间，实际热处理通常不能充分满足，因此，也要加以避免。基于严重偏析的原因，海水激活电池用镁合金熔铸很难获得成均匀铸造坯料。偏析形成后，出现形大的相间电位差、腐蚀不均匀和产物脱落困难，从而严重降低电极的性能。

镁合金凝固时，比重偏析很严重，这种宏观区域性偏析一旦形成后，以后的生产过程完全消除十分困难。如果按传统的镁合金薄板生产工艺轧制海水激活电池镁合金阳极薄板，首先要铸坯，包括方坯、圆坯或扁坯。双辊连续铸轧金属板带是一种先进方法，铸轧板坯板经经过较简便的后继工艺轧制的更薄的板带成品，铝合金已经广泛使用双辊式连续铸轧的方式生产，本发明将该方法用于镁合金板带的生产。双辊式连续铸轧用于镁合金板带的生产，主要困难是镁的活性大，容易引起铸轧铸轧机供料嘴的堵塞。加厚供料嘴缝以防止镁液堵塞，同时提高铸轧辊表面线速度。此时，主要方法关键是保持供料嘴缝处防止液体的平衡，既要防止凝固层厚度大的波动，又要防止镁合金液漏。

常规的镁合金薄板生产方法是镁合金经过熔炼后，需要首先铸造板坯或铸锭，坯料比重偏析很严重，不仅轧制成薄板是很难消除偏析，其它后继生产工序也很难消除。鱼雷电池结构要求电池组需要成百上千片性能完全一致的板片串联，因此，薄板的尺寸精度很高、厚度很小、组织和电化学性能一致的板材，从而保证组装和电池性能。由此看见，电池薄板控制偏析特别主要，难度也极大。

另外，镁合金是一种很难轧制的材料。鱼雷电池阳极镁合金薄板必须均匀一致、晶粒细小(一般鱼雷电池阳极镁合金薄板的平均晶粒直径越小越好，最好小于10um)、尺寸精度高，以及平整性好，传统的轧制工艺达到指标要求也是极其困难的。尤其是传统的镁合金板材生产工艺是将铸坯铣面、加热使组织均匀化，然后是热轧、粗轧、中轧、精轧、叠轧，之间需要不断地剪切、酸洗、板坯再次加热等。轧制道次一般为20——40道次，最多可达50-60道次。由于镁合金薄板的生产工艺复杂、周期长、成材率很低，很难获得符合要求的薄板电极。由此可见，电动鱼雷上动力装置电池阳极镁合金基本属于含重金属元素的特殊镁合金，采用常规镁合金薄板的传统生产方法很难完全满足要求。因此，要满足鱼雷电池对镁合金阳极材料的要求，还需要一种板薄铸造和轧制方法。