[發(fā)明專(zhuān)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910740784.4
• 申請(qǐng)日: 2019-08-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110387495A
• 公開(kāi)（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(qǐng)（專(zhuān)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(lèi)號(hào): C22C27/02
• 分類(lèi)號(hào): C22C27/02;C22C1/02;C22F1/02;C22F1/18
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)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(guò)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(guò)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(huì)存在包晶反應(yīng)殘余相。通過(guò)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(jiǎn)單易行，效率高，對(duì)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(lèi)分為:稀土系、鈦系、鋯系、鎂系四大類(lèi)，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(lèi)。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(duì)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?jī)?chǔ)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(chǔ)氫合金的研究熱潮。近幾十年來(lái)，世界范圍內(nèi)的眾多研究者和科研人員對(duì)儲(chǔ)氫合金展開(kāi)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(mén)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(chǔ)氫容量大，室溫吸氫平衡壓低，易活化，吸氫動(dòng)力學(xué)快等特點(diǎn)，在一定程度上滿(mǎn)足在氫及其同位素的存儲(chǔ)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(lái)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(méi)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(chǔ)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(duì)撞機(jī)和同步輻射光源的儲(chǔ)存環(huán)中，電子作圓周運(yùn)動(dòng)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(chǔ)存環(huán)的真空達(dá)到10^-8Pa左右,而儲(chǔ)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(lái)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(chǔ)存環(huán)。鋯基Laves相貯氫合金雖然活化性能、吸氫量、吸氫動(dòng)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(guò)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(duì)合金儲(chǔ)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(huì)引起包括吸氫量、吸氫動(dòng)力學(xué)以及循環(huán)穩(wěn)定性等儲(chǔ)氫合金重要性能的大幅度下降。