[發明專利]采用稀土摻雜的高性能Nb基氫透過合金及制備方法

有效

• 申請號: 201710091769.2
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106834854B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 石鋒
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;C22C30/00;C22C1/02;C22B9/20;C23C14/35;C23C14/16;C23C14/02
• 代理公司: 石家莊輕拓知識產權代理事務所(普通合伙) 13128
• 代理人: 王占華

本發明提供一種采用稀土摻雜的高性能Nb基氫透過合金及制備方法，其化學通式為Nb_100?(x+y+z)M_xN_yP_z，其中，M為Ti、Zr和Hf中的1種或者1種以上的元素；N為Ni或者Co中的1種或者1種以上的元素；P為稀土元素La、Ce、Pr、Sm、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Sc、Y中的1種或者1種以上的元素；10≤x≤30、10≤y≤30、5≤z≤20，x,y,z均為摩爾百分數。其制備方法包括：切割原材料，并清理原材料表面；計算原料成分，并進行原料稱量，電弧熔煉成合金鑄錠。本發明利用真空電弧熔煉法制備出了添加各種稀土元素的具有較好滲氫和抗氫脆性能的氫透過合金膜材料。

技術領域

本發明涉及合金材料技術領域，特別是涉及到一種采用稀土摻雜的高性能Nb基氫透過合金及制備方法。

背景技術

氫能具有高效、清潔、可再生、儲量豐富、來源廣泛、能量密度高等優點，在半導體、精細化工、航空航天、燃料電池等諸多領域具有廣闊的應用前景，是一種理想的二次能源，成為21世紀舉足輕重的新能源體系，世界上很多國家都在積極開發氫能，將發展氫能經濟作為長期目標。氫氣的來源渠道十分多樣，除了電解水制氫之外，提取工業副產品(如氯堿、合成氨、焦爐煤氣等)中的氫氣也是獲取氫的有效途徑之一；通常工業上尤其是尖端工業領域所用到的是經過分離提純后的高純氫氣。氫氣分離技術決定了獲得的氫氣是否符合工業化應用的標準，是高純氫氣制備技術中最關鍵的環節，引起眾多研究者的興趣，這也促進了氫分離技術的發展。與變壓吸附、深冷分離兩種常用氫分離技術相比，金屬膜氫分離材料由于具有較高的滲透率和較高的擴散系數、良好的高溫熱穩定性和機械性能、優良的韌性和氫選擇性而具有廣闊的應用前景。

目前，鈀及鈀合金(如Pd-Ag合金)因對氫氣具有高的選擇滲透性、良好的熱穩定性、機械穩定性和催化活性，在氫分離領域中得到了廣泛的研究和應用。然而，鈀資源十分稀缺、價格昂貴，亟待開發廉價、高滲氫性能的無鈀或少鈀的新型氫分離金屬膜材料。研究發現，5B族金屬(Nb、V、Ta)具有比鈀更高的氫滲透系數，而成本卻比鈀合金低很多，是很有發展前景的氫分離膜材料，然而這些純金屬在滲氫過程中引起的氫脆非常嚴重，無法應用于實際生產中；合金化是解決氫脆危害的有效途徑。

國內外學者近年來主要圍繞Nb、V、Ta等5B族金屬開發多元晶態合金體系，以期制備出既有良好的氫滲透性能，又能有效抵抗氫脆發生的多元氫透過合金膜材料。如Nb-Ni-Ti系合金具有雙相結構，由初生相bcc-Nb(Ti,Ni)固溶體(Primary phase)和共晶相{Nb(Ti,Ni)+TiNi}(Eutectic phase)構成，具有較高的氫滲透系數和抗氫脆性能。bcc初生相Nb(Ti,Ni)固溶體在滲氫過程中主要起滲氫作用，但會發生氫脆；而共晶相{Nb(Ti,Ni)+TiNi}及其間的化合物相可以有效提高其抗氫脆性。有研究表明，加入Y等稀土元素有助于改善氫透過合金的滲氫和抗氫脆性能。目前，氫透過合金尚需要進一步提高其氫滲透和抗氫脆性能。為此我們發明了一種新的采用稀土摻雜的高性能Nb基氫透過合金及制備方法，工藝簡單、性能可靠。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種具有高氫滲透性、高抗氫脆性的、稀土摻雜的晶態氫透過合金的采用稀土摻雜的高性能Nb基氫透過合金；目的之二是提供該高性能Nb基氫透過合金的制備方法。

本發明的目的之一可通過如下技術措施來實現：

采用稀土摻雜的高性能Nb基氫透過合金，該采用高性能稀土摻雜的Nb基氫透過合金的化學通式為Nb_100-(x+y+z)M_xN_yP_z，其中，M為Ti、Zr和Hf中的1種或者1種以上的元素；N為Ni或者Co中的1種或者1種以上的元素；P為稀土元素La、Ce、Pr、Sm、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Sc、Y中的1種或者1種以上的元素；10≤x≤30、10≤y≤30、5≤z≤20，x,y,z均為摩爾百分數。