專利名稱：一種有效吸氫量高的鈦－釩基儲氫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Ti-V基儲氫合金。更確切地說所涉及的儲氫合金具有有效吸氫量高，放氫平臺壓適中的特點，具有實用價值。該合金在燃料電池氫源、氫氣的存儲和運輸?shù)确矫鎸袕V泛的應(yīng)用前景。屬于儲氫合金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
儲氫合金是本世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型綠色功能材料，在一定條件下具有吸、放氫性能，其特點是儲貯氫量大、無污染、安全可靠、可重復(fù)使用等。
儲氫合金按各類合金中主要吸氫元素的不同可劃分為稀土系、Ti系、Mg系和V系固溶體儲氫合金。稀土系的典型代表是LaNi5，最大吸氫量僅1.4wt％；Ti系以Ti-Fe合金為代表，最大吸氫量為1.8wt％左右；Mg系的典型合金式Mg2Ni，最大吸氫量可達(dá)3.6wt％左右，但該合金要200℃以上才能吸放氫，而且合金動力學(xué)性能很差。
釩系固溶體合金中的Ti-V基儲氫合金是最近發(fā)展起來的新一代儲氫合金，這類合金以BCC相為主相，另外還包含部分的C14 Laves相或TiNi相等。該類合金由于其較大的吸氫容量正受到各國研究者的重視。Cho及其同事們開發(fā)出來的Ti0.16Zr0.05Cr0.22V0.57合金最大吸氫量達(dá)到3.55wt％[S.W.Cho，C.S.Han，C.N.Park，E.Akiba.J.Alloys Comp.，1999(289)244-250]，Seo等報道的V0.68Ti0.20Fe0.12合金最大吸氫量達(dá)到3.6wt％[Chan-Yeol Seo，Jin-Ho Kim，Paul S.Lee，Jai-YoungLee.J.Alloys Comp.，2003(348)252-257]，余學(xué)斌等開發(fā)出來的Ti0.4V0.4Cr0.1Mn0.1合金最大吸氫量更是高達(dá)4.2wt％[余學(xué)斌，吳鑄.高等化學(xué)學(xué)報，2002(25)351-353]。然而儲氫瓶用儲氫合金的放氫過程一般在常壓附近，在所定義合金PCT(壓力-成分-溫度)放氫曲線上高于1atm的部分為有效吸氫量的情況下，上述報道的合金其有效吸氫量分別只有0.17wt％、0.35wt％和0.2wt％。存儲在該類合金中的氫在水浴情況下很大一部分放不出來，而且其中大多數(shù)合金的放氫平臺壓較低，這些問題嚴(yán)重制約了該類合金的實際應(yīng)用。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種有效吸氫量高的鈦-釩基儲氫合金，開發(fā)一類放氫平臺壓適中、有效吸氫量較大的儲氫合金，以克服Ti-V基儲氫合金現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明所述的儲氫合金的通式組成為TiaVbCrcMndMe100-a-b-c-d，式中0＜a≤15，20≤b≤35，15≤c≤30，40≤d≤55，85≤a+b+c+d≤100；a，b，c，d均為原子百分含量。當(dāng)a+b+c+d＜100時，合金組分中Me至少為Fe、V4Fe中的任意一種或者兩者的組合，合金是以BCC相為主、包含C14 Laves相的兩相共存結(jié)構(gòu)；當(dāng)a+b+c+d＝100時則合金形成單一的BCC相TiaVbCrcMnd合金中a、b、c、d的范圍如上所述。
本發(fā)明所述合金可通過如下方法制備純度均高于99.5％的單質(zhì)元素或中間合金按比例稱取50g，然后在磁懸浮高頻感應(yīng)爐中熔煉。為保證合金的均勻性及避免在空氣中氧化，樣品在氬氣保護(hù)下反復(fù)熔煉3～4次。對于易揮發(fā)的成分例如Mn在配料時應(yīng)適當(dāng)過量。
本發(fā)明開發(fā)的合金有效吸氫量最高可達(dá)1.84wt％。合金放氫平臺壓處于1atm～5atm之間。由于較大的有效吸氫量、適中的平臺壓，合金具有實用價值，并將在燃料電池氫源、氫氣的存儲和運輸?shù)确矫嬗袕V泛的應(yīng)用前景。


圖1為Ti5Mn45Cr20V30合金的X射線衍射譜(a)和掃描電鏡顯微結(jié)構(gòu)分析圖(b)。
圖2為Ti5Mn45Cr20V30合金在75℃時的放氫曲線圖。圖中橫坐標(biāo)為氫的質(zhì)量百分含量，用wt％表示，縱坐標(biāo)為壓力P(atm)。
圖3為Ti7.5Mn45Cr17.5V20(V4Fe)Fe5合金的X射線衍射譜(a)和掃描電鏡顯微結(jié)構(gòu)分析圖(b)。
圖4為Ti7.5Mn45Cr17.5V20(V4Fe)Fe5合金在75℃時的放氫曲線圖。圖中橫坐標(biāo)為氫的質(zhì)量百分含量，用wt％表示，縱坐標(biāo)為壓力P(atm)。
圖5為Ti10Mn45Cr15V25Fe5合金在75℃時的放氫曲線圖。圖中橫坐標(biāo)為氫的質(zhì)量百分含量，用wt％表示，縱坐標(biāo)為壓力P(atm)。
圖6為Ti12.5Mn40Cr17.5V20(V4Fe)2合金在75℃時的放氫曲線圖。圖中橫坐標(biāo)為氫的質(zhì)量百分含量，用wt％表示，縱坐標(biāo)為壓力P(atm)。
具體實施例方式下面通過具體實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的實質(zhì)性和顯著的進(jìn)步，但本發(fā)明決非僅局限于實施例實施例1設(shè)計合金組分為Ti5Mn45Cr20V30，實驗所用原料的純度均高于99.5％，配取50g樣品在磁懸浮高頻感應(yīng)爐中熔煉。為保證合金的均勻性及避免在空氣中氧化，樣品在氬氣保護(hù)下反復(fù)熔煉3～4次。圖1分別為該合金的X射線衍射譜和掃描電鏡顯微結(jié)構(gòu)分析圖，可以看出該合金是單一的BCC相。取3g機(jī)械破碎至80目進(jìn)行吸放氫測試，圖2為該合金的放氫曲線，可以看到，在75℃時該合金的有效吸氫量為1.70wt％，放氫平臺壓為1.77atm。
實施例2設(shè)計合金組分為Ti7.5Mn45Cr17.5V20(V4Fe)Fe5，實驗所用原料的純度均高于99.5％，配取50g樣品在磁懸浮高頻感應(yīng)爐中熔煉。為保證合金的均勻性及避免在空氣中氧化，樣品在氬氣保護(hù)下反復(fù)熔煉3～4次。圖3分別為該合金的X射線衍射譜和掃描電鏡顯微結(jié)構(gòu)分析圖，可以看出該合金是以BCC相為主、包含C14 Laves相的兩相共存結(jié)構(gòu)。取3g機(jī)械破碎至80目進(jìn)行吸放氫測試，圖4為該合金的放氫曲線，可以看到，在75℃時該合金的有效吸氫量為1.73wt％，放氫平臺壓為3.49atm。
實施例3設(shè)計合金組分為Ti10Mn45Cr15V25Fe5，實驗所用原料的純度均高于99.5％，配取50g樣品在磁懸浮高頻感應(yīng)爐中熔煉。為保證合金的均勻性及避免在空氣中氧化，樣品在氬氣保護(hù)下反復(fù)熔煉3～4次。圖3分別為該合金的X射線衍射譜和掃描電鏡顯微結(jié)構(gòu)分析圖，可以看出該合金是以BCC相為主、包含C14 Laves相的兩相共存結(jié)構(gòu)。取3g機(jī)械破碎至80目進(jìn)行吸放氫測試，圖5為該合金的放氫曲線，可以看到，在75℃時，該合金的有效吸氫量為1.80wt％，放氫平臺壓為2.87atm。
實施例4設(shè)計合金組分為Ti12.5Mn40Cr17.5V20(V4Fe)2，實驗所用原料的純度均高于99.5％，配取50g樣品在磁懸浮高頻感應(yīng)爐中熔煉。為保證合金的均勻性及避免在空氣中氧化，樣品在氬氣保護(hù)下反復(fù)熔煉3～4次。X射線衍射譜和掃描電鏡顯微結(jié)構(gòu)分析圖顯示該合金是以BCC相為主、包含C14 Laves相的兩相共存結(jié)構(gòu)。取3g機(jī)械破碎至80目進(jìn)行吸放氫測試，圖6為該合金的放氫曲線，可以看到，在75℃時合金的有效吸氫量為1.84wt％，放氫平臺壓為2.31atm。
權(quán)利要求
1.一種Ti-V基儲氫合金，其特征在于所述的合金組成的通式為TiaVbCrcMndMe100-a-b-c-d，式中0＜a≤15，20≤b≤35，15≤c≤30，40≤d≤55，85≤a+b+c+d≤100；a，b，c，d均為原子百分含量；當(dāng)85≤a+b+c+d＜100時合金組分中Me至少為Fe、V4Fe中的任意一種或者兩者的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti-V基儲氫合金，其特征在于當(dāng)a+b+c+d＝100時，合金形成單一的BCC結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Ti-V基儲氫合金，其特征在于當(dāng)a+b+c+d＜100時，合金形成以BCC相為主、包含C14 Laves相的兩相共存結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Ti-V基儲氫合金，其特征在于合金的組成為Ti5Mn45Cr20V30，合金為單一的BCC相結(jié)構(gòu)；所述合金在75℃時的有效吸氫量為1.70wt％，放氫平臺壓為1.77atm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的Ti-V基儲氫合金，其特征在于合金的組成為Ti7.5Mn45Cr17.5V20(V4Fe)Fe5；合金是以BCC相為主，包含C14 Laves相的兩相共存結(jié)構(gòu)；所述的合金在75℃時的有效吸氫量為1.73wt％，放氫平臺壓為3.49atm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的Ti-V基儲氫合金，其特征在于合金的組成為Ti10Mn45Cr15V25Fe5；合金是以BCC相為主，它包含C14 Laves相的兩相共存結(jié)構(gòu)；所述的合金在75℃時的有效吸氫量為1.80wt％，放氫平臺壓為2.87atm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的Ti-V基儲氫合金，其特征在于合金的組成為Ti12.5Mn40Cr17.5V20(V4Fe)2；合金是以BCC相為主，包含C14 Laves相的兩相共存結(jié)構(gòu)；所述的合金在75℃時的有效吸氫量為1.84wt％，放氫平臺壓為2.31atm。
全文摘要
本發(fā)明為吸氫量高的Ti－V基儲氫合金。合金組成通式為Ti
文檔編號C22C14/00GK1752247SQ20051003107
公開日2006年3月29日 申請日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月24日
發(fā)明者竇濤, 吳鑄, 余學(xué)斌, 黃太仲, 馮尚龍, 毛建鋒 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所