專利名稱：以低成本釩鐵合金為原料的固溶體儲(chǔ)氫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以低成本釩鐵合金為原料的固溶體儲(chǔ)氫合金，具體地說(shuō)， 使用商用釩鐵合金作為廉價(jià)的釩源，并加入微量的稀土元素Ce，獲得儲(chǔ)氫容 量大于3.0wt。/。的鈦鉻釩鐵固溶體儲(chǔ)氫合金。
背景技術(shù)：
貯氫是氫能系統(tǒng)中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，固態(tài)儲(chǔ)氫材料和技術(shù)以其安全性高，儲(chǔ) 氫密度大特點(diǎn)成為一種主要的儲(chǔ)氫方式。鈦鉻釩固溶體儲(chǔ)氫合金具有約4wt% 的最大儲(chǔ)氫容量，而且吸放氫條件在溫和(室溫吸氫，放氫溫度低于473K) 及氫反應(yīng)動(dòng)力性能良好等特點(diǎn)，成為最有發(fā)展?jié)摿?chǔ)氫合金之一。
在鈦鉻釩固溶體中適量加入適量的元素Fe，組成Ti-Cr-V-Fe四元合金，既 可降低合金成本，又可提高合金的放氫平衡壓力，提高合金的放氫容量。但目 前制備的Ti-Cr-V-Fe四元合金一般是使用純的V和Fe作為原料，其成本相對(duì) 較高(純V的價(jià)格約為3000元/公斤)，且合金中V元素含量一般大于30wt%， 因此合金的生產(chǎn)成本過(guò)高。
相比而言，釩鐵合金價(jià)格只有純V的1/5到1/6，以其為原料制備Ti-Cr-V-Fe 儲(chǔ)氫合金，可同時(shí)滿足了合金加V和Fe的雙重要求，因此對(duì)改善合金的性能 是有利的。然而由于釩鐵合金中有含Al和(或)Si的氧化物或者其他相，對(duì) 合金的性能有一定的不利影響，諸如降低儲(chǔ)氫容量、抬高平臺(tái)壓力，吸放氫平 臺(tái)傾斜等問(wèn)題，因此研究以釩鐵為原料，獲得儲(chǔ)氫性能接近純釩和純鐵制備的 合金，具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以釩鐵合金為原料的固溶體儲(chǔ)氫合金，使用商 用釩鐵合金作為廉價(jià)的釩源，并加入微量稀土 Ce，制備室溫儲(chǔ)氫容量大于 3.3wt%， 443K有效的放氫容量高于2.10wt。/。鈦鉻釩鐵固溶體儲(chǔ)氫合金。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案
本發(fā)明所述的鈦釩鉻鐵固溶體儲(chǔ)氫合金，其化學(xué)式為T(mén)ix-Cry-Vz-Fem-Cew，其中x+y+z+m=100， 0.8《x/y《l.l， 35《(z+m)《55， 5.0《z/m ， 0.6《w《 2.0。其中，x、 y、 z、 m、 w表示原子數(shù)。
所述的儲(chǔ)氫合金是采用單質(zhì)Ti、 Cr和Ce分別作為合金中的鈦、鉻、鈰的 原料，并采用商業(yè)釩鐵合金作為合金中的釩與鐵原料，釩鐵合金中V與Fe的 摩爾比例》5.0。
本發(fā)明所述的固溶體儲(chǔ)氫合金在室溫儲(chǔ)氫容量大于3.3wt%， 343K有效的 放氫容量大于2.10wt。/0。
本發(fā)明的固溶體儲(chǔ)氫合金的優(yōu)點(diǎn)是-
該合金具有室溫儲(chǔ)氫容量大于3.3wt%， 443K有效的放氫容量大于2.10wt% 的儲(chǔ)氫性能。其制備工藝簡(jiǎn)單，易于大量生產(chǎn)，在固態(tài)儲(chǔ)存氫以及集成燃料電 池應(yīng)用方面具有良好的前景。
圖1Ti28.9Cr36.,V29.46Fe5.54CeL0合金首次吸氫曲線(a)和不同溫度放氫曲線(b)
圖2 Ti23.6Cr2MV46.29Fe8.7!Ce,.o合金首次吸氫曲線(a)和不同溫度放氫曲線(b)
圖3Ti27.3Cr28.7V37.t3Fe6.87Ceo.6合金首次吸氫曲線(a)和不同溫度放氫曲線(b)
圖4 Ti27.3Cr28.7V37.uFe6.87Ce2.o合金首次吸氫曲線(a)和不同溫度放氫曲線(b)
具體實(shí)施例方式
下面采用具體實(shí)例來(lái)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明和解釋，但本發(fā)明并不僅限 于本實(shí)施例。
本發(fā)明實(shí)施例中的采用的釩鐵合金是由錦州鐵合金廠生產(chǎn)的，其成分為
(重量比:83.10 V、 0.05Mn、 0.05C、 0.03S、 0.55Si、 O.OIP、 0.13Al、 15.99Fe)。 Tix-Cry-Vz-Fem-Cew合金通過(guò)電弧或者磁懸浮感應(yīng)熔煉的方法制備，方法如
下采用純度大于99.0。/。的單質(zhì)Ti， Cr和Ce與上述成分的釩鐵合金，按照化
學(xué)計(jì)量進(jìn)行配料，在純度大于99.5%氬氣保護(hù)氣氛下熔煉4次以上以保證合金
成分的均勻性，隨后進(jìn)行1673K退火10-30min,水冷。 合金的儲(chǔ)氫性能測(cè)試采用通用的等容方法進(jìn)行。
實(shí)施例1
Ti28.9Cr3"V29.46Fe5.54CeL。合金采用磁懸浮感應(yīng)熔煉4次，純度大于99.5% 氬氣保護(hù)。之后1673K真空退火30min，水冷。在空氣中機(jī)械破碎至-40目 60目粉末，裝入不銹鋼反應(yīng)器中采用等容法測(cè)試儲(chǔ)性能。合金在298K抽真空 30分鐘后，通入6.5MPa的氫氣進(jìn)行活化吸氫，獲得第一次活化動(dòng)力學(xué)性能， 之后在623K機(jī)械泵抽真空40min進(jìn)行放氫，再分別降溫到298和343K進(jìn)行 PCT性能測(cè)試，最高吸氫壓力7.5MPa。由活化動(dòng)力學(xué)曲線可見(jiàn)，該合金室溫 抽真空條件下即可快速活化吸氫，6min達(dá)到飽和吸氫。由298K的放氫PCT 曲線獲得合金的最大氫含量為3.50wt%，有效放氫為2.25wt%,放氫平衡壓力 為0.33MPa， 343K有效放氫為2.45wt%。 實(shí)施例2
Ti23.6Cr2L4V46,29Fe8.7!Cei.o合金采用磁懸浮感應(yīng)熔煉4次，純度大于99.5% 氬氣保護(hù)。之后采用真空石英管密封進(jìn)行1673K， 25min均勻化退火處理。在 空氣中機(jī)械破碎至-40目 60目粉末后，裝入不銹鋼反應(yīng)器中采用等容法進(jìn)行 吸氫性能測(cè)試。合金在298K抽真空30分鐘后，通入6.5MPa的氫氣進(jìn)行活化 吸氫，獲得第一次活化動(dòng)力學(xué)性能，之后在623K機(jī)械泵抽真空40min進(jìn)行放 氫，再分別降溫到298和343K進(jìn)行PCT性能測(cè)試，最高吸氫壓力7.5MPa。 由活化動(dòng)力學(xué)曲線可見(jiàn)，該合金室溫抽真空條件下即可快速活化吸氫，6min 達(dá)到飽和吸氫。由298K的放氫PCT曲線獲得合金的最大氫含量為3.43wt%， 有效放氫為2.10wt%，放氫平衡壓力為0.25MPa， 343K有效放氫為2.20wt%。 實(shí)施例3
Ti273Cr28.7V37j3Fe6.87Ceo.6合金采用磁懸浮感應(yīng)熔煉4次，純度大于99.5% 氬氣保護(hù)。之后采用真空石英管密封進(jìn)行1673K， 20min均勻化退火處理。在 空氣中機(jī)械破碎至-40目 60目粉末后，裝入不銹鋼反應(yīng)器中采用等容法進(jìn)行 吸氫性能測(cè)試。合金在298K抽真空30分鐘后，通入6.5MPa的氫氣進(jìn)行活化 吸氫，獲得第一次活化動(dòng)力學(xué)性能，之后在623K機(jī)械泵抽真空40min進(jìn)行放 氫，再分別降溫到298和343K進(jìn)行PCT性能測(cè)試，最高吸氫壓力7.5MPa。 由活化動(dòng)力學(xué)曲線可見(jiàn)，該合金室溫抽真空條件下即可快速活化吸氫，6min 達(dá)到飽和吸氫。由298K的放氫PCT曲線獲得合金的最大氫含量為3.43wt%， 有效放氫為2.10wtM，放氫平衡壓力為0.38MPa， 343K有效放氫為2.20wt%。 實(shí)施例4
Ti27.3Cr28.7V37.uFe6.87Ce2.o合金采用磁懸浮感應(yīng)熔煉4次，純度大于99.5%氬氣保護(hù)。之后采用真空石英管密封進(jìn)行1673K， 30min均勻化退火處理。在 空氣中機(jī)械破碎至-40目 60目粉末后，裝入不銹鋼反應(yīng)器中采用等容法進(jìn)行 吸氫性能測(cè)試。合金在298K抽真空30分鐘后，通入6.5MPa的氫氣進(jìn)行活化 吸氫，獲得第一次活化動(dòng)力學(xué)性能，之后在623K機(jī)械泵抽真空40min進(jìn)行放 氫，再分別降溫到298和343K進(jìn)行PCT性能測(cè)試，最高吸氫壓力7.5MPa。 由活化動(dòng)力學(xué)曲線可見(jiàn)，該合金室溫抽真空條件下即可快速活化吸氫，6min 達(dá)到飽和吸氫。由298K的放氫PCT曲線獲得合金的最大氫含量為3.55wt%， 有效放氫為2.15wt%，放氫平衡壓力為0.18MPa， 343K有效放氫為2.40wt%。
權(quán)利要求
1、一種以釩鐵合金為原料的固溶體儲(chǔ)氫合金，其特征在于該合金的化學(xué)式為T(mén)ix-Cry-Vz-Fem-Cew，其中x+y+z+m＝100，0.8≤x/y≤1.1，5.0≤z/m，35≤(z+m)≤55，0.6≤w≤2.0。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固溶體儲(chǔ)氫合金，其特征在于所述的儲(chǔ)氫合金 是采用單質(zhì)Ti、 Cr和Ce分別作為合金中的鈦、鉻、鈰的原料，并采用商業(yè)釩 鐵合金作為合金中的釩與鐵原料，釩鐵合金中V與Fe的摩爾比例^5.0。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用商用釩鐵合金作為廉價(jià)的釩源，并添加微量的稀土元素Ce，所獲得鈦鉻釩鐵固溶體儲(chǔ)氫合金，該合金的化學(xué)式為T(mén)i<sub>x</sub>-Cr<sub>y</sub>-V<sub>z</sub>-Fe<sub>m</sub>-Ce<sub>w</sub>，其中x+y+z+m＝100，0.8≤x/y≤1.1，35≤(z+m)≤55，5.0≤z/m，0.6≤w≤2.0。該合金具有室溫儲(chǔ)氫容量大于3.3wt％，443K有效的放氫容量大于2.10wt％的儲(chǔ)氫性能。其制備工藝簡(jiǎn)單，易于大量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22C30/00GK101624674SQ20081011632
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月8日
發(fā)明者劉曉鵬, 李國(guó)斌, 李志念, 王樹(shù)茂, 菁 米, 蔣利軍 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院