[發(fā)明專利]一種表面鑲嵌稀土元素Ce的Mg-Ni合金顆粒及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010664199.3
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111745154B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柳翊;石磊;左寒松;張晶;安俊超;金文中;曹永青
• 申請（專利權(quán)）人: 洛陽理工學(xué)院
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/04;C22C19/03;C22C23/00;C22C30/00;C01B3/08
• 代理公司: 洛陽華和知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41203
• 代理人: 陳佳麗

一種用于水解制氫表面鑲嵌Ce的高反應(yīng)活性Mg?Ni合金顆粒及其制備方法，合金顆粒的表達(dá)式為Ce@Mg?xNi，即稀土元素Ce顆粒鑲嵌于Mg?Ni合金顆粒表面。該合金顆粒的制備方法包括以下步驟：(一)選取金屬Mg塊和Ni粉；(二)將Mg塊和Ni粉壓制成的Ni片在高溫熔融狀態(tài)下混合均勻，冷卻后得到Mg?Ni合金鑄錠；(三)將制得的Mg?Ni合金鑄錠切割成小塊，再經(jīng)壓片機壓制成Mg?Ni合金碎屑，將碎屑置于球磨罐中在氬氣保護(hù)下進(jìn)行球磨，獲得Mg?Ni合金顆粒；(四)在獲得的合金顆粒中加入稀土元素Ce，在氬氣保護(hù)下,進(jìn)行短時高能球磨，獲得表面鑲嵌稀土元素Ce的Mg?Ni合金顆粒。本發(fā)明可顯著改善富鎂合金的活化特性及初始水解反應(yīng)動力學(xué)特性，鞏固了組織調(diào)控后良好的改性效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于水解制氫的表面鑲嵌稀土元素Ce的Mg-Ni合金顆粒。

背景技術(shù)

在眾多已發(fā)現(xiàn)的如風(fēng)能、潮汐能、水能、太陽能等新能源中，氫能以其儲能密度大，可循環(huán)及零排放等顯著優(yōu)勢得到了越來越多的關(guān)注，大力推廣氫能源，建立“氫經(jīng)濟(jì)”，是未來能源的發(fā)展趨勢。

氫能大規(guī)模利用的前提是解決氫氣的制備、存儲及利用三個方面的問題。目前氫氣的存儲發(fā)展滯后，成為氫能源推廣利用的主要障礙。另外，電解水制氫可以獲得氫氣，但是能耗過大，經(jīng)濟(jì)性太差。光解水制氫，理論可行，但高效催化劑基本為稀有貴金屬，成本過高。目前大規(guī)模使用的氫氣仍然是借助燃?xì)庵亟M方式制備的，但其可持續(xù)性及環(huán)保性太差，從根本上緩解不了能源短缺與環(huán)境污染兩大壓力。

鑒于上述氫氣存儲及氫氣制備方面存在的問題，人們就嘗試尋求新的制氫方式或儲氫方式，設(shè)想能否通過“實時產(chǎn)氫”的方式避免氫氣的存儲及運輸。近些年合金水解制氫得到了研究者的廣泛關(guān)注，人們利用高活性的金屬與水發(fā)生反應(yīng)，置換出水里的氫氣，基于該原理來開發(fā)固態(tài)產(chǎn)氫器，可避免氫氣的存儲及運輸，在需要氫氣的場所即產(chǎn)生即利用。

水解制氫合金大致分為鎂合金、鋁合金及鋅合金三大類。總制氫效率，原料來源、推廣成本及環(huán)境兼容性等考慮，鎂合金是理想的水解制氫體系。但是，高純鎂合金很難在中性水中發(fā)生水解反應(yīng)制備出氫，原因在于活性鎂表面往往存在一層MgO鈍化層，降低了鎂合金表面活性，同時又一定程度阻礙了介質(zhì)在合金表面的滲透擴散過程。因此，提高鎂合金自身活性，避免表面形成連續(xù)氧化層，實現(xiàn)中性水溶液中的可控水解制氫是研究者努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種用于水解制氫表面鑲嵌Ce的Mg-Ni共晶合金顆粒，可以改善現(xiàn)有鎂合金材料表面反應(yīng)活性過低，水解反應(yīng)啟動過慢，水解制氫動力學(xué)緩慢等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案基于“內(nèi)外合金化”的思路，首先引入過渡金屬元素Ni，制備Mg-Ni合金，實現(xiàn)內(nèi)部合金化，然后通過短時高能球磨表面合金化技術(shù)，引入稀土元素Ce，在Mg-Ni共晶合金顆粒表面鑲嵌金屬Ce，提高共晶合金顆粒表面的電化學(xué)反應(yīng)活性。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體包括以下步驟：

(1)合金配料：

選取Ni粉和Mg塊，Ni粉粒度為10-30nm，Ni粉純度≥99.5％，Ni粉質(zhì)量占鎂鎳總質(zhì)量的10％-55％，Mg塊純度≥99.8％，Mg塊質(zhì)量占鎂鎳總質(zhì)量的45-90％，鎂額外添加鎂鎳總重量2-8％的燒損；

(2)Mg-Ni合金化：

將鎂塊放入烘干的高純石墨坩堝中，在覆蓋劑的保護(hù)下，將Mg塊加熱至熔融狀態(tài)，獲得Mg金屬液，將Ni粉壓制成Ni片投入Mg金屬液中，機械攪拌10-30min，得到Mg-Ni合金熔體，將合金熔體升溫至850-900℃后保溫30min，保溫過程中對合金熔體進(jìn)行攪拌，待Ni片完全熔化后澆鑄到預(yù)熱的石墨模具中，自然冷卻至室溫得到Mg-Ni合金鑄錠，打磨清除掉合金鑄錠表面的覆蓋劑，得到潔凈的Mg-Ni合金鑄錠；

(3)制備Mg-Ni合金顆粒：