具有力學性能的非晶態吸氫合金及其製備方法

2023-06-26 18:05:01 1

專利名稱：具有力學性能的非晶態吸氫合金及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種以鋯鈦鉻鎳為主要成分並添加少量過渡元素的合金，並涉及其非晶合金的製備方法。
背景技術：
目前，氫氣作為一種綠色能源已得到廣泛應用，尤其是在航空航天領域，現多採用鈦多孔材料來吸收氫氣，面臨的問題是1、激活溫度太高，對系統造成高溫環境；2、吸氫後多孔材料粉化，力學性能差；3、粉末對真空環境造成汙染。因此研究一種激活溫度低、吸氫後不粉化仍具有優良力學性能的吸氫合金以成為當務之急。迄今，已實際應用的吸氫合金主要有Mg系合金、稀土系合金、Zr系合金和Ti系合金。這四類合金的共同缺點是吸氫溫度高，吸氫後生成氫化物易粉化。非晶合金吸氫行為與晶態合金相比優越性在於1、非晶態合金擁有大量的長程無序和短程有序結構，為氫的擴散和佔位提供了大量能壘較低的空穴，有利於吸放氫的進行。因此，相對於晶態合金，非晶態合金的活化性能較好，且放氫溫度較低。2、晶態合金與氫反應生成氫化物，晶格體積膨脹，反覆吸氫後發生粉化，而非晶合金與氫的結合方式是氫固溶到合金中理論上不會發生粉化。目前有文獻報導的非晶態吸氫合金的類型有=Mg2Ni 型、Zr60Al10Ni30和&-Al-Ni-Cu但其吸氫溫度都大於200°C，且吸氫後易粉化。

發明內容
本發明的目的在於提供一種激活溫度低，在室溫下可以吸收大量的氫並且吸氫後不粉化的吸氫合金及其製備方法。本發明的吸氫合金是一種非晶態的多元合金。它保持了鋯、鎳所具有的吸氫量大的優點，又克服了原晶態合金必須在300°C以上活化和吸氫後易粉化的缺點，由於在100°C下也可以吸收大量氫，吸氫操作在相對較低的溫度下就可以進行， 且合金不容易粉化。一種具有力學性能的非晶態吸氫合金，該合金的化學式為(ZrTi)a5 (Nia6CraiMx) 2.3~3，式中:M是C。、Cr、Mn、V、Fe、Dy、Er中的一種或兩種以上，0. 1彡χ彡0. 3。一種具有力學性能的非晶態吸氫合金的製備方法，採用如下步驟
Α.配料按照化學式(ZrTi)a5 (Nia6CraiMx)2.3~3中的成分及權利要求1所述成分的重量百分比，原材料質量百分比為Zr、Ti和Ni為99. 99%，Cr為99. 25%，M的質量百分比為彡 99. 9%οB.熔煉採用真空電弧或真空感應熔煉在氬氣保護下熔煉均勻並快速冷卻製成晶態合金鑄錠。C.甩帶將合金鑄錠破碎成小的塊體(約6g)，再將小的合金塊體放入外徑14mm， 內徑Ilmm的底部帶小孔(直徑約0. 6mm)的石英管中，在真空甩帶爐中進行甩帶，轉速為 3(T45m/s以獲得非晶態的吸氫合金。本發明的非晶態吸氫合金的製備方法，其特徵在於先按設定的化學式成分通過真空熔煉和真空甩帶的方法製備出非晶態合金。 通過測量合金的XRD圖譜判斷其是否為非晶，通過測量PCT曲線和應力-應變曲線來判斷合金的吸氫能力和力學性能。


圖1為本發明實施圖2為本發明實施圖3為本發明實施圖4為本發明實施圖5為本發明實施圖6為本發明實施
的XRD圖譜。 的PCT曲線。 的應力-應變曲線。 的XRD圖譜。 的PCT曲線。 的應力-應變曲線。
具體實施例方式本發明的優選實施例結合附圖詳述如下 實施例一
非晶態吸氫合金的化學通式為=UrTi)Q.5 (Nia6CraiMx)2.3式中=M = V，χ=0. 1時，構成(ZrTi)a5 (Nia6CraiVai)2J合金，具體步驟按化如下
Α.按化學式計算&、Ti、Ni、Cr、V的質量比進行配料，原材料的質量百分比為Zr、Ti和 Ni 為 99. 99%, Cr 為 99. 25%, V 為 99. 94%。B.將原料置於真空電弧熔煉爐中，抽真空至3X 10-3 ，通入Ar(氬)氣至 0. 05KPa,再抽真空至3 X 10 ,再充入Ar (氬)氣至大氣壓，熔煉4遍以使合金混合均勻， 每煉一遍要將錠子翻轉。獲得晶態(ZrTi)a5 (NiaWraiVtl.。^合金錠。C.將小的合金塊體(約6g)放入外徑14mm，內徑1 Imm的底部帶小孔(直徑約
0.6mm)的石英管中，在真空甩帶爐中進行甩帶(速度40m/s)以獲得非晶態的合金條帶(寬
1.2 2讓，厚2(Γ25μπι)。所得非晶合金的XRD圖譜如圖1所示。D.將該非晶合金約0. 5g置於日本Full-Automatic PCI Monitor測試儀中，在抽真空下，加熱至200°C溫度下，保持真空和200°C 2小時後，在真空下降溫至室溫(30°C)下， 測試其吸氫量，所得非晶合金的吸氫曲線(PCT曲線)如圖2所示。E.取該非晶合金條帶長60mm，寬1. 2mm，厚22 μ m，置於Zwick萬能材料試驗機中， 進行拉伸試驗，初始載荷為0，加載速率為0. 5mm/min，測得其應力-應變曲線如圖3所示。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在於該非晶態吸氫合金的化學通式=(ZrTi) 0.5 (附。.60。.凡)2..3 中M = V，x=0. 3，構成(ZrTi )。.5 (Nia6Crtl. Λ.3) 2.3 合金，具體步驟按化如下
Α.按化學式計算Zr、Ti、Ni、Cr、V的質量比進行配料，原材料質量百分比為Zr、Ti和 Ni 為 99. 99%, Cr 為 99. 25%, V 為 99. 94%。B.將原料置於真空電弧熔煉爐中，抽真空至3X10_3Pa，通入Ar(氬)氣至 0. 05KPa,再抽真空至3 X 10 ,再充入Ar (氬)氣至大氣壓，熔煉4遍以使合金混合均勻， 每煉一遍要將錠子翻轉。獲得晶態(ZrTi)a5 (Nia6CraiVa3)U合金錠。
C.將小的合金塊體(約6g)放入外徑14mm，內徑1 Imm的底部帶小孔(直徑約
0.6mm)的石英管中，在真空甩帶爐中進行甩帶(速度40m/s)以獲得非晶態的合金條帶(寬
1.2 2讓，厚2(Γ25μπι)。所得非晶合金的XRD圖譜如圖4所示。D.將該非晶合金約0. 5g置於日本Full-Automatic PCI Monitor測試儀中，在抽真空下，加熱至200°C溫度下，保持真空和200°C 2小時後，在真空下降溫至室溫(30°C)下， 測試其吸氫量，所得非晶合金的吸氫曲線(PCT曲線)如圖5所示。E.取該非晶合金條帶長60mm，寬1.4mm，厚22 μ m，置於Zwick萬能材料試驗機中， 進行拉伸試驗，初始載荷為0，加載速率為0. 5mm/min，測得其應力-應變曲線如圖6所示。根據圖1、4所示合金的XRD圖譜，可見在2 =32^50°存在一個典型的非晶衍射包， 且其它位置未出現明顯的晶體衍射峰，這種寬大的「饅頭峰」是典型的非晶X射線的衍射特徵，證明通過快速凝固法製備的(ZrTi)a5 (Nia6CrcilMx)2^3合金為非晶態。根據圖2、5所示合金的吸氫曲線，可以看出在室溫下不但總吸氫量達到1.39wt.% (換算成標準狀態下吸氫量是155. 68升氫氣/kg合金)，10分鐘內吸氣速率可達到^mhs-Sg-1，具有良好的吸氫行為。根據圖3、6所示合金的應力-應變曲線，可以看出該非晶合金還具有較高的抗拉強度和斷裂延伸率。因此，通過快淬法製備的(ZrTi)a5 (Nia6CraiMx)2I3非晶態合金，不僅具有良好的吸氫行為還具有優越的力學性能。
權利要求
1.一種具有力學性能的非晶態吸氫合金，其特徵在於該合金的化學式為(ZrTi)a5 (Nia6Crtl. A)2.3~3，式中:M 是 Co、Cr、Mn、V、Fe、Dy、Er 中的一種或兩種以上，0. 1 彡 χ 彡 0. 3。
2.根據權利要求1所述的非晶態吸氫合金的製備方法，其特徵在於採用如下步驟Α.配料按照化學式(ZrTi)a5 (Nia6CraiMx)2.3~3中的成分及權利要求1所述成分的重量百分比，原材料質量百分比為Zr、Ti和Ni為99. 99%，Cr為99. 25%，M的質量百分比為彡 99. 9% ；B.熔煉採用真空電弧或真空感應熔煉在氬氣保護下熔煉均勻並快速冷卻製成晶態合金鑄錠；C.甩帶將合金鑄錠破碎成小的塊體6g，再將小的合金塊體放入外徑14mm，內徑Ilmm 的底部帶小孔的石英管中，小孔直徑為0. 6mm，在真空甩帶爐中進行甩帶，轉速為3(T45m/s 以獲得非晶態的吸氫合金。
全文摘要
本發明涉及一種具有力學性能的非晶態吸氫合金及其製備方法，其化學通式為(ZrTi)0.5(Ni0.6Cr0.1Mx)2.3~3，式中M是Co、Cr、Mn、V、Fe、Dy、Er中的一種或兩種以上，0.1≤x≤0.3。該方法採用如下步驟配料按照化學式(ZrTi)0.5(Ni0.6Cr0.1Mx)2.3~3中的成分的重量百分比。熔煉採用真空電弧或真空感應熔煉在氬氣保護下熔煉均勻並快速冷卻製成晶態合金鑄錠。甩帶將鑄錠破碎成小塊體，將小塊體放入外徑14mm，內徑11mm的底部帶小孔的石英管中，在真空甩帶爐中甩帶，轉速為30~45m/s以獲得非晶態的吸氫合金。這中非晶合金具有活化溫度低(≤200℃)，室溫下就可以吸氫，並且吸氫後不粉化的特點，特別適用不易於更換合金的吸氫裝置中。
文檔編號C22C45/00GK102383068SQ20111030077
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月9日 優先權日2011年10月9日
發明者侯雪玲, 向傑, 張勇, 戴家瑜, 曾智, 林傳富, 林根文, 胡慧敏, 黃健 申請人:上海大學, 中國科學院上海天文臺