[發(fā)明專利]一種增強(qiáng)Zr2Fe合金抗空氣毒化性能的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410532394.5
• 申請日: 2014-10-11
• 公開（公告）號: CN104259452A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢曉靜;林波;黃志勇;呂超;楊莞;蔣春麗;丁海成
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F1/02;B22F9/04
• 代理公司: 深圳市合道英聯(lián)專利事務(wù)所(普通合伙) 44309
• 代理人: 廉紅果

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Zr₂Fe合金表面的改性方法，具體涉及的是一種增強(qiáng)Zr₂Fe合金抗空氣毒化性能的方法。

背景技術(shù)

貯氫材料中有一類材料被稱作吸氣劑材料，一般用來作為真空裝置中超高真空的獲得，Zr₂Fe合金是典型的吸氣劑材料，通常用于含氚氣氛的處理。采用金屬吸氣劑法捕集惰性氣氛中的氚，與廣為使用的催化氧化-吸附法相比，具有不產(chǎn)生高毒性的氚水、被捕集的氚容易回收等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今各氚實(shí)驗(yàn)室大力發(fā)展的一種氚捕集方法。這種方法的關(guān)鍵是金屬吸氣劑的氫化性能，理想的氚捕集金屬吸氣劑應(yīng)具有以下氫化特性:高吸附量、低離解壓、快速吸附氫、易活化、具有良好的抗毒化性能等。Zr₂Fe合金對惰性氣氛中的氘和氚有相當(dāng)高的捕集效率，是一種合適的氚捕集材料。國外的一些實(shí)驗(yàn)室常采用Zr₂Fe合金來回收氮?dú)?、惰性氣體中少量的氚。

未經(jīng)任何改性的Zr₂Fe合金在經(jīng)歷600℃抽真空活化后，在Q₂–Ar,Q₂–N₂–Ar氣氛中具有高效的Q₂捕集能力(Q為氫同位素)。Zr₂Fe合金在室溫下可以幾乎完全捕集Q₂–Ar氣氛中的Q₂，在200℃可以捕集Q₂–N₂–Ar混合氣體中的氫同位素氣體，使其濃度低于1ppm。Zr₂Fe合金的吸氫平衡壓比較低，通過電磁感應(yīng)熔煉的Zr₂Fe合金具有非?？斓奈鼩渌俣群头浅４蟮奈鼩淙萘?約1.8wt.％)；Zr₂Fe合金在200℃時(shí)的吸氫平衡壓約為2×10^-9bar，300℃時(shí)的吸氫平衡壓約為2×10^-7bar；根據(jù)推斷，Zr₂Fe合金在25℃時(shí)的吸氫平衡壓大約在10^-16～10^-14bar。由于Zr₂Fe合金超強(qiáng)的氫同位素捕集能力，常被用來置于高壓儲氣罐(70MPa)外層，以捕集因?yàn)楦鞣N微泄露而釋放到高壓儲氣罐外層的氫同位素氣體。

然而，Zr₂Fe合金在捕集氫同位素氣體的同時(shí)，它也可以與氫同位素氣體中雜質(zhì)氣體，例如水蒸汽、氧等氣體發(fā)生反應(yīng)，從而引起Zr₂Fe合金中毒。S.Fukada等的研究發(fā)現(xiàn)，Zr₂Fe合金很難從空氣中(其中氧含量為650ppm)捕集氫同位素氣體，因?yàn)檠醯拇嬖谏闪怂魵?，從而減少了氫同位素的吸附量；當(dāng)氧含量超過640ppm時(shí)，將會(huì)對Zr₂Fe吸氣材料產(chǎn)生致命的毒化作用。Shimon?Zalkind等研究發(fā)現(xiàn)O₂和H₂O都可以使合金表面上的Zr組分氧化，其氧化情況受制于溫度和壓力。此外，Zr₂Fe合金的工作溫度通常為620K，當(dāng)氧的分壓達(dá)到1×10^-5Torr時(shí)，其氧化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，而且表面對氧的吸附以及氧向合金內(nèi)部擴(kuò)散的過程都非常快。

有關(guān)Zr₂Fe合金表面改性的研究報(bào)道非常少。Satoshi?Fukada等曾采用NaOH溶液處理Zr₂Fe合金以增強(qiáng)其吸氫速率，并將其結(jié)果與在Zr₂Fe合金表面化學(xué)鍍鈀和化學(xué)鍍銅時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較。采用NaOH溶液預(yù)先處理Zr₂Fe合金，改性后的Zr₂Fe合金可以在室溫下捕集H₂–N₂–Ar氣氛中的H₂，使H₂的濃度＜1ppm；而在Zr₂Fe合金表面鍍鈀和鍍銅時(shí)，對Zr₂Fe合金吸氫速率幾乎沒有影響。雖然采用NaOH溶液預(yù)先處理Zr₂Fe合金可以增強(qiáng)其吸氫能力，但該技術(shù)還未涉及到Zr₂Fe合金的抗空氣毒化性能方面。而本申請的發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對于Zr₂Fe合金而言，該種改性工藝對其在抗空氣毒化性能方面并未有任何提升。