[發明專利]一種用于氚儲存的Zr-Fe系合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201611100390.5
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN108149070A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 武媛方;王樹茂;李志念;郭秀梅;葉建華;袁寶龍;蔣利軍;劉曉鵬
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/02
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

本發明公開了一種用于氚儲存的Zr?Fe系合金及其制備方法。該合金的化學式為Zr_2?xTi_xFe_1?y?zNi_yCo_z，其中x、y、z分別表示Ti、Ni、Co替代Zr、Fe的原子比，x為0.01～0.05，y為0.01～0.05，z為0.01～0.03。其制備方法包括以下步驟：(1)按照化學式配料，在高純氬氣保護下采用真空非自耗電弧爐翻身熔煉3～5遍，制成鑄錠；(2)對熔煉好的鑄錠重新加熱至熔融狀態，施加磁力攪拌并持續2～5min。本發明提供的合金為低平衡壓的儲氫合金，其具有室溫平衡壓力坪臺低于1Pa、吸放氫(氚)速率快、循環壽命優良、抗氫致歧化以及儲氫(氚)容量大等優點。此外，本發明的制備方法操作簡單、易于實現、效率高，而且相比較為常用的ZrCo及ZrNi合金成本更低。

技術領域

本發明涉及一種用于氚儲存的Zr-Fe系合金及其制備方法，屬于儲氫合金技術領域。

背景技術

氚是一種重要的戰略資源，在能源、國防等領域均具有舉足輕重的作用。由于熱核聚變反應中會使用到大量的氚，因此該反應過程產生的尾氣中將含有氚，而氚屬于貴重原料，同時具有放射性，會污染環境，所以需要通過技術手段進行資源回收以達到無害化處理的目的。氚的稀缺性、放射性以及在能源和國防領域的關鍵作用，決定了實現涉氚系統中氚的快速、安全、可靠的儲存、輸運、供給的重要性。

氚的安全處理、儲存以及運輸需要所用的儲氫材料室溫下氫(氚)化物平衡壓力盡可能低，以保障放射性氚的高效吸收，盡可能避免氚在轉運過程中進入環境，造成氚的浪費；另一方面，需要儲氫合金具有良好的循環壽命和較低的氚滯留量，避免氚在儲氫材料中的不可逆滯留。由此，選擇合適的儲氚材料，對于可控核聚變堆的發展是極為重要的關鍵技術之一。

現有的涉氚系統中使用的儲氚材料一般為單質鈾，鈾具有吸放氫(氚)動力學性能佳、室溫離解平衡壓低(10^-3Pa)等優勢，但其作為一種核材料，又存在儲氫容量偏低(140mL/g)，氫化易粉化，事故條件下易發生自燃，釋氫(氚)溫度高等缺點，不能完全滿足可控聚變反應堆等涉氚工程技術領域中氚的安全儲存、運輸以及供給系統對儲氚材料的技術要求。

現有的儲氚材料由于無法兼顧高儲氚容量、高穩定性、低平衡離解壓力、良好的吸放氫動力學性能及較強固氦能力等特性，尚無法完全滿足技術需求。

從功能上來講，ZrCo、ZrVFe、ZrNi、Zr₂Fe等合金材料都有可能作為氫同位素儲存材料。ZrVFe合金雖然吸氫效果良好，但它極低的坪臺壓力(10^-8Pa)使脫氫溫度大于700℃，不適合實際生產；ZrNi合金具有兩個吸氫坪臺，完全釋氫需要在600℃以上，無法保證使用的安全性。綜合考慮到實際商業生產中使用的客觀條件和經濟效果，Zr₂Fe合金具有吸氫速率快、吸收徹底、不易粉化、釋氫溫度適宜等特點，同時Zr₂Fe合金原料及生產成本也要低于其他合金材料，更適合在大規模工業生產中作為氫同位素氣體儲存材料。

然而Zr₂Fe合金在使用過程中會發生氫致歧化反應，生成熱力學穩定的ZrH₂相和ZrFe₂相，造成不可逆儲氫容量的損失以及其自身循環使用壽命的下降。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于氚儲存的Zr-Fe系合金。該合金具有良好的抗氫致歧化性能、優異的吸放氫動力學性能及室溫氫化物分解平衡壓力。

本發明的另一目的在于提供一種所述Zr-Fe系合金的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：