[發(fā)明專利]一種抗氧氣毒化Zr-V-Ni貯氫材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910740784.4
• 申請日: 2019-08-12
• 公開（公告）號: CN110387495A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛祥義;吳天棟;李金山;劉娣;張利軍;周中波;張鐵邦
• 申請（專利權(quán)）人: 西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;C22C1/02;C22F1/02;C22F1/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種抗氧氣毒化Zr?V?Ni貯氫材料及其制備方法，按化學(xué)式為Zr(V_1?xNi_x)₂，其中，x＝0.02～0.25，將貯氫合金原料放入坩堝內(nèi)，進(jìn)行熔煉，再密封后放入電阻爐中，真空條件下加熱至1173K?1473K并保溫168小時(shí)，冷卻，得到貯氫合金。通過非自耗電弧熔煉，在水冷銅坩堝進(jìn)行的，由于冷速較快，凝固過程屬于非平衡凝固，合金反應(yīng)不完全，鑄態(tài)合金中往往會存在包晶反應(yīng)殘余相。通過真空均勻化退火處理，使合金中的未反應(yīng)完全的富V固溶體相和α?Zr相進(jìn)一步發(fā)生固溶反應(yīng)，合金得到較均勻的Laves相。該方法制備Zr?基貯氫材料工藝簡單易行，效率高，對設(shè)備要求低，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及貯氫合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抗氧氣毒化Zr-V-Ni貯氫材料及其制備方法。

背景技術(shù)

貯氫合金按組成元素的主要種類分為:稀土系、鈦系、鋯系、鎂系四大類，按主要組成元素的原子比分為：AB₅型、AB₂型、AB型、A₂B型，另外也可按晶態(tài)與非晶態(tài)，粉末與薄膜進(jìn)行分類。貯氫合金基本特征：二元貯氫合金(或金屬間化合物)基本上是在1970年前后相繼被發(fā)現(xiàn)的。這些二元貯氫合金可分為AB₅型(稀土系合金，如形成LaNi₅H₆)、AB₂型(Laves相合金，如形成ZrV₂H_4.8)、AB型(鈦系合金，如形成TiFeH_1.9)和A₂B型(鎂基合金，如形成Mg₂NiH₄)。其中A為氫化物穩(wěn)定性元素(發(fā)熱型金屬)，B為氫化物不穩(wěn)定性元素(吸熱型金屬)，A原子半徑大于B原子半徑。氫在金屬和合金中比液態(tài)氫的密度高，氫能夠在相對溫和的條件下可逆吸放，并且伴隨熱的釋放與吸收。伴隨著在70年代發(fā)生了石油禁運(yùn)及能源危機(jī)，大量的研究者們將目光投向了可以用于能量儲存和轉(zhuǎn)換的金屬氫化物的研究。到了20世紀(jì)80年代，鎳-金屬氫化物(Ni-MH)充電電池成功實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，在全球范圍內(nèi)掀起了儲氫合金的研究熱潮。近幾十年來，世界范圍內(nèi)的眾多研究者和科研人員對儲氫合金展開了廣泛的研究，很多研究成果已經(jīng)進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用階段，例如，氫的貯存和運(yùn)輸，氫同位累的分離，溫度和壓力傳感器，燃料電池等領(lǐng)域都取得了很大的進(jìn)展，已經(jīng)發(fā)展成為一門極富活力的新興學(xué)科。

具有C14、C15結(jié)構(gòu)Laves相的AB₂型Zr基金屬間化合物由于其儲氫容量大，室溫吸氫平衡壓低，易活化，吸氫動力學(xué)快等特點(diǎn)，在一定程度上滿足在氫及其同位素的存儲和分離、非蒸散型吸氣劑(NEG)、超高真空泵及核工業(yè)中的氣氛凈化、氚回收等領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，許多科研和生產(chǎn)領(lǐng)域需要的真空條件越來越高。例如表面科學(xué)、半導(dǎo)體工業(yè)和高能加速器需要的真空度達(dá)到10^-8Pa或更高的水平。要想達(dá)到這樣水平的真空環(huán)境,沒有合適的材料選擇、表面處理以及抽氣方式是很難實(shí)現(xiàn)的。由于Zr基合金因?yàn)榫哂惺覝貤l件下平衡壓低、儲存穩(wěn)定、體積小、抽速大并在常溫下可以與活性氣體形成穩(wěn)定化合物，達(dá)到抽氣目的，所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和科研領(lǐng)域。例如在正負(fù)電子對撞機(jī)和同步輻射光源的儲存環(huán)中，電子作圓周運(yùn)動并產(chǎn)生同步輻射光，同步輻射光打在真空盒內(nèi)壁上將產(chǎn)生大量的氣體解吸。為了保持電子有足夠的壽命，要求儲存環(huán)的真空達(dá)到10^-8Pa左右,而儲存環(huán)真空盒由于受到結(jié)構(gòu)和流導(dǎo)的限制，不可能安裝非常多的真空泵。采用沿真空管道側(cè)面安裝分布式非蒸散型吸氣劑帶來獲得需要的真空度是一種非常好的方法，而Zr合金己被作為吸氣劑應(yīng)用于世界上的幾個(gè)大的粒子加速器儲存環(huán)。鋯基Laves相貯氫合金雖然活化性能、吸氫量、吸氫動力學(xué)等性能較鎂系和鑭系較好，但還需進(jìn)一步改進(jìn)，并且其氫化物過于穩(wěn)定，不易分解，吸放氫時(shí)存在明顯的滯后效應(yīng)。同時(shí)，氫氣源中的雜質(zhì)氣體對合金儲氫性能的影響極其明顯。包括N₂、CO、CO₂及O₂等雜質(zhì)氣體即使含量極小時(shí)都會引起包括吸氫量、吸氫動力學(xué)以及循環(huán)穩(wěn)定性等儲氫合金重要性能的大幅度下降。