[發明專利]一種具有超細組織的鋁鎵合金及其制備方法

無效

• 申請號: 201010583552.1
• 申請日: 2010-12-10
• 公開（公告）號: CN102011031A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 付瑞東
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/00
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術領域??本發明涉及一種金屬材料及其制備方法。

背景技術??受燃料電池和CO₂減排兩大驅動力的推動，清潔能源(氫能)將成為人類社會實現可持續發展的基礎。目前現行工業用氫都采用化石燃料制氫和電解水制氫為主要的制氫方法，這樣的造氫效率不高，需要消耗大量能源，并對環境污染較大。同時，至今沒有有效地解決氫氣貯存的問題，制約了燃料電池的發展。近來，鋁水反應制氫技術受到了廣泛的關注，然而鋁與水反應的最大障礙是表面形成的致密氧化膜，這將導致反應不能持續進行。利用金屬鎵具有的破壞鋁表面氧化膜的作用，制成鋁鎵合金可有效的解決這一問題。將水與鋁鎵合金接觸時，鋁通過吸收氧氣分解水，在此過程中產生氫氣，鎵是惰性的不參與反應，正是由于鎵的存在，保證了鋁不被氧化并形成氧化鋁膜，從而保證了鋁的活性，與水反應生成氧化鋁和氫氣。由于鋁金屬和金屬鎵的熔點相差很大，如金屬鋁的熔點為660.4℃，而金屬鎵的熔點低至29.78℃，導致采用冶煉方法制備合金十分困難。盡管已有通過冶煉方法制備鋁鎵合金的范例，但是所獲得的鋁鎵合金不僅晶粒組織粗大，同時成分偏析比較嚴重。此外，為降低鋁鎵合金的成本，需要降低金屬鎵的用量，然而，從鋁鎵相圖可知，在金屬鎵含量小于20％時，鋁和鎵是固溶狀態，冶煉方法很難獲得鋁鎵兩相組織，而相互固溶的鋁鎵合金不具備與水反應制氫的功能。

發明內容??本發明的目的在于提供一種合金組織晶粒細小、分布均勻并且低鎵含量時仍具有兩相組織的一種具有超細組織的鋁鎵合金及其制備方法。本發明主要是：金屬鎵與鋁在惰性氣體保護下，采用摩擦攪拌加工方法制備具有超細化組織且金屬鎵均勻分布的鋁鎵合金。

本發明的鋁鎵合金是：晶粒尺寸為1μm～15μm金屬鎵占合金比例5～50％，鋁占合金比例95～50％的鋁鎵兩相組織。

本發明合金的制備方法如下：

本發明產品的加工方法：

1)在鋁板材，最好采用工業級純鋁板材，表面上沿加工方向加工出溝槽或在距表面1～2mm處鉆平行于板面的孔，孔徑小于所用攪拌頭上探針的直徑。

2)根據所制備合金的成分比例計算出應加的金屬鎵的重量，最好鎵的純度大于99％，把金屬鎵置于燒杯中，并把燒杯置于70-100℃水浴中，待金屬鎵熔化。

3)把熔化的金屬鎵均勻灌入純鋁板的溝槽或孔洞中，待金屬鎵冷卻凝固。

4)在專用摩擦攪拌加工設備上，在惰性氣體保護下采用專門設計的攪拌頭，對添有金屬鎵的開槽或開孔區域純鋁合金進行摩擦攪拌加工。最好采用如下加工參數：攪拌頭轉速為200～1000轉/分鐘、行進速度為40～200mm/秒、攪拌頭傾角為0～3°。

本發明的工作原理：通過高速旋轉的攪拌頭與工件摩擦產生的溫升使被加工區金屬軟化，并帶動被加工金屬產生高應變速率的塑性流動，使得攪拌區的組織發生動態連續和不連續再結晶過程，導致組織細化。同時由于攪拌作用導致金屬鎵可以和鋁產生均勻的混合，最終獲得的組織不僅鋁基體得到細化，同時金屬鎵也被細化并彌散分布于鋁基體上。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1)鋁鎵合金制造成本和工藝難度都大大降低；

2)鋁鎵合金組織得到顯著細化，不僅產氫效率高，而且避免了熔煉方法存在的組織偏析問題。

3)由于是固態加工，避免了熔煉方法不能獲得低鎵含量時具有兩相組織的問題。

附圖說明

圖1是本發明制備方法的立體示意簡圖。

圖2a是本發明例1制備的鋁鎵合金組織形貌電子顯微鏡圖。

圖2b是圖2a中鋁元素面分能譜圖。

圖2c是圖2a中鎵元素面分能譜圖。

具體實施方式

在圖1所示的具有超細組織的鋁鎵合金制備方法的立體示意簡圖中，溝槽1內設有金屬鎵的鋁板2上置有向下施力并轉動的攪拌頭3，該攪拌頭的下端面中心設有與攪拌頭同軸線的探針4，該探針長度與鋁板厚度相當并置于鋁板的溝槽內。攪拌頭經過的區域5為鋁鎵合金區。在圖2a所示的本發明例1制備的鋁鎵合金組織形貌電子顯微鏡圖中，白色部分為金屬鎵，灰色基體為金屬鋁，從圖中可以看出，鋁和鎵的組織混合的較均勻，而且金屬鎵更加彌散和細小。從圖2b和圖2c所示的鋁元素和鎵元素面分能譜圖，可進一步證實所制備的合金是由鋁和鎵兩種元素構成的。

實施例1