[發(fā)明專利]離子氮化法改善鎂基儲氫合金耐腐蝕性能的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010137917.8
• 申請日: 2010-08-24
• 公開（公告）號: CN101899638A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉賓虹;李洲鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36;H01M4/26;H01M4/46
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種合金改性技術(shù)，特別是一種離子氮化法改善鎂基儲氫合金耐腐蝕性能的方法。

背景技術(shù)

儲氫合金將氫氣以原子態(tài)的形式儲存到儲氫合金的原子間隙中形成金屬氫化物。儲氫合金可以用作鎳氫電池或金屬氫化物空氣電池的負(fù)極材料。鎳氫電池采用氫氧化鎳作為正極，儲氫金屬作為負(fù)極，堿液(主要為KOH)作為電解液。鎂基儲氫合金具有比重小、儲氫容量高、價(jià)格低廉、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，但鎂基儲氫合金在堿性電解液中極易腐蝕，充放電循環(huán)性能較差，從而限制了它在鎳氫電池上的應(yīng)用。同樣，在空氣電池中由于鎂基儲氫合金在堿性電解液中極易腐蝕，導(dǎo)致其自放電速率很大。

目前改善鎂基儲氫合金充放電循環(huán)性能的主要方法有添加合金元素、控制粒徑大小、進(jìn)行退火處理、制成復(fù)合材料、進(jìn)行表面包覆、控制電荷輸入、使用緩蝕劑和改善制備工藝等。因此，采用不同方法對其充放電循環(huán)壽命進(jìn)行改善成為近年來的一個研究熱點(diǎn)。如利用固相擴(kuò)散法制備鋁部分替代鎂合金Mg_2-xAl_xNi，隨著鋁含量的增加放電穩(wěn)定性得到了改善[J.Alloys?Compd，307(2000)240-244]。認(rèn)為機(jī)理是由于加入鋁，能夠在合金表面形成致密保護(hù)膜，增強(qiáng)了合金的耐蝕性。用機(jī)械合金化的方法得到Mg_1.95Y_0.05Ni_0.92Al_0.08，無須活化其容量即達(dá)470mAh?g^-1，并且充放電循環(huán)穩(wěn)定性很好，150次循環(huán)后容量保持率仍達(dá)98％。在Pr、Ce添加的鎂基合金施以熔體快淬，凝固速度達(dá)到105～106K?s^-1，可使循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異的Pr₅Co₁₉型或Ce₅Co₁₉型結(jié)構(gòu)的高溫相部分保留，其與Ce₂Ni₇型或Gd₂Co₇型相協(xié)同作用使稀土鎂基儲氫合金同時具有高容量和長壽命[CN101624660]。

離子滲氮法(或輝光放電氮化)是由德國人B.Berghaus于1932年發(fā)明的。該法是在0.1～10Torr(Torr＝133.3Pa)的含氮?dú)夥罩?，以爐體為陽極，被處理工件為陰極，在陰陽極間加上數(shù)百伏的直流電壓，由于輝光放電現(xiàn)象便會產(chǎn)生象霓紅燈一樣的柔光覆蓋在被處理工件的表面。此時，已離子化了的氣體成分被電場加速，撞擊被處理工件表面而使其加熱。同時依靠濺射及離子化作用等進(jìn)行氮化處理。離子氮化法與以往的靠分解氨氣或使用氰化物來進(jìn)行氮化的方法截然不同，作為一種全新的氮化方法，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、精密儀器、擠壓成型機(jī)、模具等許多領(lǐng)域，而且其應(yīng)用范圍仍在日益擴(kuò)大。

離子氮化法具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

①由于離子氮化法不是依靠化學(xué)反應(yīng)作用，而是利用離子化了的含氮?dú)怏w進(jìn)行氮化處理，所以工作環(huán)境十分清潔而無需防止公害的特別設(shè)備。因而，離子氮化法也被稱作二十一世紀(jì)的“綠色”氮化法。

②由于離子氮化法利用了離子化了的氣體的濺射作用，因而與以往的氮化處理相比，可顯著的縮短處理時間(離子滲氮的時間僅為普通氣體滲氮時間的1/3～1/5)。

③由于離子氮化法利用輝光放電直接對工件進(jìn)行加熱，也無需特別的加熱和保溫設(shè)備，且可以獲得均勻的溫度分布，與間接加熱方式相比加熱效率可提高2倍以上，達(dá)到節(jié)能效果(能源消耗僅為氣體滲氮的40～70％)。

④由于離子氮化是在接近真空中進(jìn)行，因而可獲得無氧化的加工表面。

⑤由于離子氮化是在低氣壓下以離子注入的方式進(jìn)行，因而耗氣量極少(僅為氣體滲氮的百分之幾)，可大大降低處理成本。

滲氮是繼傳統(tǒng)滲碳處理之后發(fā)展的一種表面處理技術(shù)，通常僅用于鋼鐵的表面處理。滲氮處理通常提高鋼鐵零件的表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性及紅硬性，用于個體零件的處理。由于用途的限制，雖有金屬粉末氣體滲氮的研究成果[CN93120039.3，《材料熱處理學(xué)報(bào)》2008年第29卷第2期40-42頁]，但未見有粉末離子滲氮處理方法報(bào)道，將離子氮化法應(yīng)用于儲氫合金的改性目前也尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種離子氮化法改善鎂基儲氫合金耐腐蝕性能的方法。