[發明專利]Nb基非晶合金及其條帶和透氫金屬膜的制備方法

有效

• 申請號: 201210360865.X
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102851626A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 姚可夫;丁紅瑜
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;B22D11/06;B32B15/01
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司 11331
• 代理人: 伊美年

技術領域

本發明涉及一種非晶合金及其條帶和透氫金屬膜的制備方法，具體地說，涉及一種用于氫分離及純化的Nb基非晶合金及其條帶和透氫金屬膜的制備方法。

背景技術

由于當今社會對化石能源的過度依賴，導致了而今眾所周知的能源危機和環境污染等問題，開發清潔、高效、無污染或少污染的新能源成為各國面臨的課題。氫能具有資源豐富、燃燒性能優異、可儲存、清潔無污染等眾多優點而受到廣泛關注，是未來理想的潔凈能源。在氫氣的眾多應用領域中，如半導體工業、燃料電池等，都需要氫氣有高的純度，少量雜質會對氫的應用會造成不利影響。因此大規模、低成本地制備高純氫氣是氫應用領域的重要研究內容。

在將氫氣從混合氣體中分離出來、獲得高純度氫氣方面，金屬鈀（Pd）及其合金膜表現出優異的性能，它是目前成功用于氫氣分離和純化的金屬膜。但由于鈀的價格昂貴，儲量有限，難以大規模工業應用。因此，尋找低成本、高性能的替代材料勢在必行。非晶合金是一種具有多種優異性能的新材料，已有的研究表明，非晶合金由于其獨特的結構特點而具有高強度和較高的氫滲透系數，一些非晶合金還具有氫溶解度大、抗氫脆等優異性能，少量非晶合金的透氫性能甚至與鈀合金膜相當。同時，非晶合金還具有制備工藝簡單等優點。這些性能特點使得非晶合金成為具有很好應用前景的氫分離和純化備選材料，在工業化應用中具有很大潛力。

迄今報導的可望用于氫分離及純化的非晶合金材料還較少，且多為Ni基非晶合金。由于非晶合金在溫度超過其起始晶化溫度后會發生晶化，從而喪失其與非晶結構對應的優異性能。所以提高非晶合金的起始晶化溫度有助于提高其熱穩定性，拓展非晶合金的使用溫度范圍。非晶合金的起始晶化溫度與其熔點緊密相關，因此合金成分中含有高熔點的元素對提高非晶合金的熔點十分重要。Nb是一種高熔點的元素，已有的研究表明Nb基非晶合金具有很高的熱穩定性，具備在高溫下使用的潛質；并且Nb元素價格比Pd便宜很多，如果所制備的Nb基非晶合金具有與Pd相近或同一數量級的氫滲透性能，那么Nb基非晶合金將可望替代Pd合金用于氫分離和純化，并在氫分離及純化方面有著廣闊的前景。在此前的研究中，已成功開發了一系列具有高熱穩定性的Nb基三元非晶合金條帶，并掌握了合金成分設計及條帶制備方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種Nb基非晶合金，用于氫分離及純化。

本發明的技術方案如下：

一種Nb基非晶合金條帶材料，即一種Nb基非晶合金，所述Nb基非晶合金的化學表達式為Nb_0.42Ni_aCo_bZr_cM_d；其中，M=Ta或者Ti；a，b，c，d為各組元的原子百分數，0.30≦a≦0.40，0.05≦b≦0.15，0.04≦c≦0.20，0≦d≦0.08且a+b+c+d=0.58。

本發明所要解決的另一技術問題是提供一種Nb基非晶合金條帶的制備方法，制備具有較高的熱穩定性及高氫滲透系數的Nb基非晶合金條帶。

其技術方案如下：

一種Nb基非晶合金條帶的制備方法，包括：將原料按照Nb_0.42Ni_aCo_bZr_cM_d進行配料，其中，M=Ta或者Ti；a，b，c，d為各組元的原子百分數，0.30≦a≦0.40，0.05≦b≦0.15，0.04≦c≦0.20，0≦d≦0.08且a+b+c+d=0.58；將所述原料反復熔煉，獲得成分均勻的母合金；將所述母合金熔化，得到母合金熔體；將所述母合金熔體噴射到高速旋轉的銅輥輪表面快速冷卻得到所述Nb基非晶合金條帶，所述Nb基非晶合金條帶的化學表達式為Nb_0.42Ni_aCo_bZr_cM_d；其中，M=Ta或者Ti；a，b，c，d為各組元的原子百分數，0.30≦a≦0.40，0.05≦b≦0.15，0.04≦c≦0.20，0≦d≦0.08且a+b+c+d=0.58。

進一步：將所述原料反復熔煉是在真空電弧爐中進行。

進一步：將所述母合金熔化，是在快速凝固裝置的感應爐中進行。

進一步：所述Nb基非晶合金條帶的寬度≥10mm，厚度約為20~50μm。

進一步：所述Nb基非晶合金條帶的起始晶化溫度≥550℃。