專利名稱：鈀釕新型催化材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈀釕新型催化材料及其制備方法，屬于新材料新技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于化工、冶金、石油、電氣、航空、航天、船舶、汽車等行業(yè)的發(fā)展需要，具有高硬 度、抗氧化、氫氣催化效率高、耐腐蝕，耐電弧燒蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn)的新型鈀釕催化材料已成 為急需材料，要求鈀釕合金材料具有(1)氫氣凈化催化效率高；(2)優(yōu)異的綜合高溫力學(xué) 性能；(3)良好的制造加工性能；(4)抗氧化、耐腐蝕；(5)優(yōu)異的耐電弧燒蝕能力；(6)通過(guò) 加入多元稀有金屬元素替代和節(jié)約昂貴的貴金屬元素，降低了原材料成本，節(jié)約了貴金屬 資源，實(shí)現(xiàn)貴金屬有限資源的合理綜合利用。鈀釕合金具有優(yōu)良的催化活性和選擇性，能夠有效地催化諸如氫化反應(yīng)、氧化反 應(yīng)、脫氫反應(yīng)、甲醇合成、氨合成、加氫甲醛化反應(yīng)等，并具有高穩(wěn)定性、耐腐蝕性，以及長(zhǎng)壽 命，在催化技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中，具有舉足輕重的作用。但是，純鈀性質(zhì)較軟，而 且資源稀少價(jià)格昂貴，鈀的合金化是其強(qiáng)化的主要途徑。鈀釕合金也是氨氧化制硝酸的主要催化劑合金，同時(shí)也是部分取代鉬合金催化劑 的材料，鈀釕合金與廉價(jià)的稀有金屬構(gòu)成的合金催化網(wǎng)，可以取代鉬銠合金網(wǎng)，使原材料的 成本降低65%以上，而催化轉(zhuǎn)化效率不變，催化劑的壽命長(zhǎng)達(dá)15年以上，節(jié)能降耗30%以 上。在純鈀中通常添加銠、釕、鎳、鈷等合金元素，得到多元系鈀釕合金催化材料。鈀是一種重要的鉬族金屬，目前價(jià)格低于鉬。鈀具有面心立方型晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)為 1552°C。鈀容易吸氣，殘存氣體對(duì)其抗拉強(qiáng)度性能影響較大，鈀具有良好的塑性，可以進(jìn)行 冷加工和熱加工。鈀的綜合抗腐蝕性能優(yōu)于銀，含賤金屬或銀的鈀合金具有比純鈀強(qiáng)的抗 有機(jī)物污染能力。在鉬族金屬中，釕具有三個(gè)同素異形體轉(zhuǎn)變，在1035°C發(fā)生Ru(a)-Ru(i3)，在 11900C時(shí)發(fā)生Ru ( β ) -Ru ( γ )，在1500°C時(shí)發(fā)生Ru ( γ ) -Ru ( δ )。由于存在同素異形轉(zhuǎn)變， 在不同的溫度范圍內(nèi)，釕的部分物理性能會(huì)有所不同的變化。Ru的熔點(diǎn)為2250°C，它的耐 王水腐蝕和耐Cl2、Br2等氣體腐蝕的性能比鉬優(yōu)良。Pd-Ru合金具有良好的抗氧化性能和較高的硬度，具有優(yōu)于純鈀的透氫性能和較 高的強(qiáng)度，可用于制作氫氣凈化材料。Pd-Ru合金電阻材料和電接觸材料，具有良好的耐磨 性能，較強(qiáng)的抗電弧熔焊性能和抗金屬轉(zhuǎn)移性能；還可用于制作人造纖維的生產(chǎn)中的高溫 噴頭材料等。鈀的綜合抗腐蝕性能優(yōu)于銀，含賤金屬或銀的鈀合金具有比純鈀強(qiáng)的抗有機(jī) 物污染能力。Pd-Ru 二元合金系為一個(gè)簡(jiǎn)單的包晶系，通常凝固組織具有明顯的晶內(nèi)偏析。根據(jù) 國(guó)內(nèi)外有關(guān)的文獻(xiàn)資料，在Pd-Ru合金中加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪乜杉?xì)化合金組織，提高合金 的耐蝕性和力學(xué)性能等。隨著化工、冶金、石油、電氣、航空、航天、船舶、汽車等行業(yè)應(yīng)用需求量的增加，高 硬度、抗氧化、氫氣催化效率高、耐腐蝕，耐電弧燒蝕能力強(qiáng)的新型鈀釕催化材料已成為重要材料。用作電接觸材料的鈀釕合金，在線路中執(zhí)行著接通、斷開(kāi)和負(fù)載電流的任務(wù)，對(duì)電 器、開(kāi)關(guān)和過(guò)載保護(hù)器等能否正常運(yùn)行起著決定性作用。特別是在航空、航天等高技術(shù)領(lǐng) 域，對(duì)鈀釕合金電接觸材料的要求最為苛刻，要求具有長(zhǎng)壽命和高可靠性。但是，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期 的使用發(fā)現(xiàn)，鈀釕合金存在凈化效率低，使用壽命短，耐電弧侵蝕性差，耐熱性差等問(wèn)題。目 前，對(duì)Pd-Ru合金進(jìn)行改進(jìn)的方法有(1)研制替代合金。如德國(guó)、日本、美國(guó)研制的金基合金用于部分取代Pd-Ru合金； 或者增加價(jià)格相對(duì)便宜的Ru的含量，用于減少Pd的含量等；如美國(guó)研制的PdRu50材料，日 本研制的Pd-Ru40合金，俄羅斯研究的Pd-Ru60合金等。但是該類合金加工性能差，價(jià)格也 較昂貴。(2)研究多元系合金。國(guó)內(nèi)自主研究開(kāi)發(fā)了 Pd-Ru-Cr-Ni、Pd-Ru-Co、Pd-Ru-RE等 新材料，使Pd-Ru合金的綜合性能有所改善。(3)以過(guò)渡族金屬元素代替或部份替代貴金屬 元素。如已有鈮、鉻、鋯、鎢、鎳等過(guò)渡族元素在PdRu合金中的成功應(yīng)用，以及鈮、鐵、鎢、鋯 等過(guò)渡族元素添加到Pd中的成功應(yīng)用報(bào)道，但是不能實(shí)現(xiàn)全部替代Pd-Ru合金的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)PdRuNbZrMoTaYbGdTb系多元合金，采用真空高頻或中頻熔煉爐制備 合金鑄錠，再通過(guò)鍛造、軋制、拉拔、熱處理等工藝加工，制備新型鈀釕合金，能夠克服上述 所不足，具有重要意義。本發(fā)明的新型鈀釕合金，其化學(xué)成份(重量％)為1.0 20.0Ru，0.1 5.0Nb， 0. 1 5. OZr, 0. 1 5. OMo, 0. 1 5. OTa, 0. 1 5. OYb, 0. 1 5. OGd, 0. 1 5. 0Tb，余量為 Pd。本發(fā)明鈀釕合金的制備方法，依序包括下列工藝步驟(1)選擇純度> 99. 95%的合金原材料，根據(jù)合金化學(xué)成份配方設(shè)計(jì)要求，在真空 中頻或高頻熔煉爐內(nèi)合金化，真空度1 X10_3Pa以上；(2)待熔體過(guò)熱溫度達(dá)到100°C 200°C后，進(jìn)行真空澆注為板材或棒材，板材尺 寸為乒6 12mmX20 50mm，棒材尺寸為Φ8ι πι Φ 12mm，熔體的冷卻速率為> IXlO4K/ s ；(3)最終制備得PdRuNbZrMoTaYbGdTb多元稀貴金屬合金材料；(4)合金錠坯重量為50g lOOOg，氧含量< 0.05%;(5)合金通過(guò)鍛造、軋制、拉拔、熱處理等工藝制備出板狀、棒狀或絲材等形狀的產(chǎn)
P
ΡΠ O本發(fā)明PdRuNbZrMoTaYbGdTb多元合金的化學(xué)成分、相關(guān)系和相結(jié)構(gòu)，以及新相的 形成機(jī)理、凝固組織等比較特殊；具有優(yōu)異的化學(xué)、物理、力學(xué)、電學(xué)、高溫性能和電接觸性 能的合金，可以解決目前Pd-Ru合金作為氫氣凈化催化材料、電工觸頭材料、電阻材料及高 溫合金方面存在的凈化效率低，使用壽命短，耐電弧侵蝕性差，耐熱性差等問(wèn)題。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的新型鈀釕合金，其化學(xué)成份(重量％ )為1. 0 20. ORu,0. 1 5. ONb, 0. 1 5. OZr, 0. 1 5. OMo, 0. 1 5. OTa, 0. 1 5. OYb, 0. 1 5. OGd, 0. 1 5. 0Tb，余量為 Pd。
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2、鈀釕合金的制備方法，其特征在于依序包括下列工藝步驟(1)選擇純度> 99. 95%的合金原材料，根據(jù)合金化學(xué)成份配方設(shè)計(jì)要求，在真空 中頻或高頻熔煉爐內(nèi)合金化，真空度1 X10_3Pa以上；(2)待熔體過(guò)熱溫度達(dá)到100°C 200°C后，進(jìn)行真空澆注為板材或棒材，板材尺 寸為乒6 12mmX20 50mm，棒材尺寸為Φ8ι πι Φ 12mm，熔體的冷卻速率為> IXlO4K/ s ；(3)最終制備得PdRuNbZrMoTaYbGdTb多元稀貴金屬合金材料；(4)合金錠坯重量為50g lOOOg，氧含量< 0. 05% ；(5)合金通過(guò)鍛造、軋制、拉拔、熱處理等工藝制備出板狀、棒狀或絲材等形狀的產(chǎn)品。本發(fā)明的新型鈀釕合金材料的具體實(shí)施列為合金的熔點(diǎn)、密度、抗拉強(qiáng)度、延伸 率、硬度及電阻率等，具體如表1所示。表1. Pt合金的物理、力學(xué)和電學(xué)性能
權(quán)利要求
1.鈀釕合金材料，其特征在于其化學(xué)成份重量百分比為1.0 20. ORu, 0. 1 5. ONb, 0. 1 5. OZr, 0. 1 5. OMo, 0. 1 5. OTa, 0. 1 5. OYb, 0. 1 5. OGd, 0. 1 5. 0Tb，余量為 Pd。
2.權(quán)利要求1的鈀釕合金材料應(yīng)用于催化領(lǐng)域。
3.鈀釕合金材料的制備方法，其特征在于依序包括下列工藝步驟(1)選擇純度>99. 95%的合金原材料，根據(jù)合金化學(xué)成份配方設(shè)計(jì)要求，在真空中頻 或高頻熔煉爐內(nèi)合金化，真空度ixio_3pa以上；(2)待熔體過(guò)熱溫度達(dá)到10(TC 20(TC后，進(jìn)行真空澆注為板材或棒材，板材尺寸為 乒6 12mmX20 50mm，棒材尺寸為Φ8mm Φ 12mm，熔體的冷卻速率為> lX104K/s ；(3)最終制備得PdRuNbZrMoTaYbGdTb多元稀貴金屬合金材料；(4)合金錠坯重量為50g lOOOg，氧含量<0. 05% ；(5)合金通過(guò)鍛造、軋制、拉拔、熱處理工藝制備出板狀、棒狀或絲材形狀的產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稀貴金屬新型鈀釕合金催化材料及其制備方法，屬于新型催化材料。鈀釕合金的重量百分比化學(xué)成份為1.0～20.0Ru，0.1～5.0Nb，0.1～5.0Zr，0.1～5.0Mo，0.1～5.0Ta，0.1～5.0Yb，0.1～5.0Gd，0.1～5.0Tb，余量為Pd。其制備方法為將鈀(Pd)、釕(Ru)、鈮(Nb)、鋯(Zr)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鐿(Yb)、釓(Gd)、鋱(Tb)等合金元素，按合金設(shè)計(jì)成分要求配料，在高頻或中頻熔煉爐中制備成PdRuNbZrMoTaYbGdTb多元合金，合金再通過(guò)鍛造、軋制、拉拔、熱處理等工藝加工，最終產(chǎn)品形狀為板狀、棒狀或絲材等。該合金材料具有高硬度、抗氧化、氫氣催化作用明顯、耐腐蝕，耐電弧燒蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是性能優(yōu)良的催化材料，在化工、冶金、石油、電氣、航空、航天、船舶、汽車等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C5/04GK102002608SQ20101055493
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者劉滿門, 崔浩, 張吉明, 楊有才, 謝明, 陳松, 陳永泰 申請(qǐng)人:昆明貴金屬研究所