本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種儲氫合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著科技發(fā)展、石油資源日漸匱乏和生態(tài)環(huán)境不斷惡化，新能源開發(fā)成為全人類亟需解決的一個緊迫課題。氫能以儲量豐富、來源廣泛、熱值高、干凈無污染、可再生能源而被公認為人類未來的理想能源。儲氫材料的開發(fā)是解決氫能應(yīng)用中氫存儲技術(shù)難題的關(guān)鍵。儲氫材料因為能可逆吸收和放出氫氣，在氫的存儲與輸送過程中是一種重要的載體，加之氫及儲氫材料均是“綠色”環(huán)保產(chǎn)品，對將來的新能源開發(fā)和環(huán)境保護將起著不可估量的作用。在目前所有儲氫方式中，儲氫合金以金屬氫化物的形式吸收氫，是一種安全、經(jīng)濟而有效的儲氫方式。

其中，鎂基儲氫合金雖然存在吸放氫溫度高、吸放氫速率慢等缺陷，但因其具有高理論儲氫容量、資源豐富、成本低廉等優(yōu)點被公認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ妮p質(zhì)儲氫材料之一，特別是一些具有良好吸放氫性能的鎂基儲氫合金的出現(xiàn)，以其優(yōu)異的力學(xué)性能和物理性能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、汽車工業(yè)等各個領(lǐng)域。

早在上世紀(jì)80年代就有人研究了lamg12、cemg12、mmmg12、la2mg17以及l(fā)a2mg16ni的儲氫性能，發(fā)現(xiàn)這類mg基合金雖然能在較低的溫度下吸氫，但是吸氫容量較低，小于4wt％，而且放氫溫度仍然很高，大于300℃。2011年，張慶安等人利用快速凝固處理mg12yni合金時，發(fā)現(xiàn)其具有18r型lpso結(jié)構(gòu)。在研究其儲氫性能時，發(fā)現(xiàn)mg12yni展現(xiàn)出良好的吸放氫動力學(xué)性能。然而，其放氫溫度仍然較高，且相的微觀結(jié)構(gòu)和吸放氫過程中的結(jié)構(gòu)演變并未具體說明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、成本低廉、能夠降低鎂基儲氫材料的初始放氫溫度同時提高吸放氫速率的鎂基儲氫合金及其制備方法。

本發(fā)明的具有超細長周期有序結(jié)構(gòu)的鎂基儲氫合金的化學(xué)分子式為mg-ax-by，x代表ni、al、v、co、pt中的一種，a，b代表質(zhì)量百分數(shù)，6.52％≤a≤13.53％，20.41％≤b≤21.50％；余量為mg。

上述元素均為純金屬粉。

本發(fā)明的制備方法如下：

1、鎂基合金的熔煉：

將上述成分化學(xué)原料的合金顆粒裝入感應(yīng)熔煉爐，在氬氣氣氛下用常規(guī)方法熔煉；

2、鎂基合金表面預(yù)處理：

首先，將鎂基合金表面用砂紙打磨干凈，依次選用180#、320#、600#、1200#、2000#砂紙對合金表面進行打磨，觀察到合金表面劃痕方向一致即可，然后用去離子水及酒精沖洗，利用拋光布采用水拋的方式將鎂基合金材料表面拋光，以無水乙醇為清洗劑，清洗溫度為15℃，清洗時間為10-15min；

3、裝配高壓試樣：

先將步驟2處理的鎂基合金用坦片包裹，裝入氮化硼坩堝中，將坩堝整體放入石墨爐中，接著用兩片直徑與石墨管外徑相同的石墨片分別將其頂部和底部封住，然后將石墨爐整體放入標(biāo)準(zhǔn)的葉臘石槽中，在葉臘石槽中的石墨坩堝上下兩側(cè)分別放入石墨片和導(dǎo)電鋼帽；

4、高壓壓制：

將步驟3裝配好的高壓試樣放在高壓六面頂壓機的腔體位置，將壓力升高至3-4gpa，以10℃/min的升溫速率將溫度升高至800-1300℃，保溫30-60min，然后關(guān)閉電源停止加熱，空冷至室溫，卸壓后取出高壓試樣，得到具有超細長周期有序結(jié)構(gòu)的鎂基儲氫合金。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

1、工藝設(shè)備簡單，無需添加催化劑，操作易于控制。

2、在傳統(tǒng)的感應(yīng)熔煉工藝上，添加了高壓處理的操作，使合金結(jié)構(gòu)中的長周期有序相分布更加均勻，更加精細，氫氣運輸?shù)耐ǖ栏又旅埽瑥亩蟠蠹訌娏撕辖鸬膬湫阅堋?/p>

3、制得的鎂基儲氫合金具有儲氫量大、初始放氫溫度低、吸放氫速率快的優(yōu)點。

4、價格低廉，能適用于大批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1制得的具有超細長周期有序結(jié)構(gòu)的mg12niy合金在250℃、1mpa條件下10分鐘內(nèi)的放氫動力學(xué)曲線圖。

圖2是本發(fā)明實施例2制得的具有超細長周期有序結(jié)構(gòu)的mg12aly合金在250℃、1mpa條件下的pct曲線圖。

圖3是本發(fā)明實施例3制得的具有超細長周期有序結(jié)構(gòu)的mg12vy合金在250℃、1mpa條件下10分鐘內(nèi)的放氫動力學(xué)曲線圖。

圖4是本發(fā)明實施例4制得的具有超細長周期有序結(jié)構(gòu)的mg12coy合金在250℃、1mpa條件下的pct曲線圖。

具體實施方式

實施例1

稱量33.05g純鎂粉、6.77g鎳粉和10.18g釔粉，用200目篩選后，裝入熔煉爐中，熔煉5次得到mg12niy合金，將該合金用線切割機切割成φ10mm×8mm的圓柱體試樣，依次用180#、320#、600#、1200#、2000#砂紙對合金表面進行打磨，觀察到合金表面劃痕方向一致即可，然后用去離子水及酒精沖洗，利用拋光布采用水拋的方式將鎂基合金材料表面拋光，以無水乙醇為清洗劑，清洗溫度為15℃，清洗時間為10min；

接著將該合金用坦片包裹，裝入氮化硼坩堝中，將坩堝整體放入石墨爐中，接著用兩片直徑與石墨管外徑相同的石墨片分別將其頂部和底部封住，然后將石墨爐整體放入標(biāo)準(zhǔn)的葉臘石槽中，在葉臘石槽中的石墨坩堝上下兩側(cè)分別放入石墨片和導(dǎo)電鋼帽，完成高壓試樣的裝配。

將上述裝配好的高壓試樣放在高壓六面頂壓機的腔體位置，將壓力升高至3gpa，以10℃/min的升溫速率將溫度升高至800℃，保溫60min，然后關(guān)閉電源停止加熱，空冷至室溫，卸壓后取出高壓試樣，得到具有超細長周期有序結(jié)構(gòu)的鎂基儲氫合金。測試該合金的吸放氫性能，如圖1所示，250℃放氫時，10分鐘內(nèi)已經(jīng)完成放氫，相比于傳統(tǒng)工藝的mg12niy合金，儲氫總量有所提高，而且放氫速率也有所加快。

實施例2

稱量35.99g純鎂粉、3.26g鋁粉和10.75g釔粉，用200目篩選后，裝入熔煉爐中，熔煉5次得到mg12aly合金，將該合金用線切割機切割成φ10mm×8mm的圓柱體試樣，依次用180#、320#、600#、1200#、2000#砂紙對合金表面進行打磨，觀察到合金表面劃痕方向一致即可，然后用去離子水及酒精沖洗，利用拋光布采用水拋的方式將鎂基合金材料表面拋光，以無水乙醇為清洗劑，清洗溫度為15℃，清洗時間為15min；

接著將該合金用坦片包裹，裝入氮化硼坩堝中，將坩堝整體放入石墨爐中，接著用兩片直徑與石墨管外徑相同的石墨片分別將其頂部和底部封住，然后將石墨爐整體放入標(biāo)準(zhǔn)的葉臘石槽中，在葉臘石槽中的石墨坩堝上下兩側(cè)分別放入石墨片和導(dǎo)電鋼帽，完成高壓試樣的裝配。

將上述裝配好的高壓試樣放在高壓六面頂壓機的腔體位置，將壓力升高至4gpa，以10℃/min的升溫速率將溫度升高至1300℃，保溫30min，然后關(guān)閉電源停止加熱，空冷至室溫，卸壓后取出高壓試樣，得到具有超細長周期有序結(jié)構(gòu)的鎂基儲氫合金。測試該合金的吸放氫性能，如圖2所示pct曲線，250℃時，該合金吸放氫總量達到5.1％左右，吸/放氫平臺壓為0.29/0.11mpa，相比于傳統(tǒng)工藝的mg12aly合金，儲氫總量有所提高，而且平臺壓減小，滯后性減小。

實施例3

稱量33.64g純鎂粉、5.96g釩粉和10.40g釔粉，用200目篩選后，裝入熔煉爐中，熔煉5次得到mg12vy合金，將該合金用線切割機切割成φ10mm×8mm的圓柱體試樣，依次用180#、320#、600#、1200#、2000#砂紙對合金表面進行打磨，觀察到合金表面劃痕方向一致即可，然后用去離子水及酒精沖洗，利用拋光布采用水拋的方式將鎂基合金材料表面拋光，以無水乙醇為清洗劑，清洗溫度為15℃，清洗時間為12min；

接著將該合金用坦片包裹，裝入氮化硼坩堝中，將坩堝整體放入石墨爐中，接著用兩片直徑與石墨管外徑相同的石墨片分別將其頂部和底部封住，然后將石墨爐整體放入標(biāo)準(zhǔn)的葉臘石槽中，在葉臘石槽中的石墨坩堝上下兩側(cè)分別放入石墨片和導(dǎo)電鋼帽，完成高壓試樣的裝配。

將上述裝配好的高壓試樣放在高壓六面頂壓機的腔體位置，將壓力升高至3gpa，以10℃/min的升溫速率將溫度升高至1000℃，保溫50min，然后關(guān)閉電源停止加熱，空冷至室溫，卸壓后取出高壓試樣，得到具有超細長周期有序結(jié)構(gòu)的鎂基儲氫合金。測試該合金的吸放氫性能，如圖3所示，250℃放氫時，10分鐘內(nèi)已經(jīng)完成放氫，相比于傳統(tǒng)工藝的mg12vy合金，儲氫總量有所提高，而且放氫速率也有所加快。

實施例4

稱量33.03g純鎂粉、6.76g鈷粉和10.21g釔粉，用200目篩選后，裝入熔煉爐中，熔煉5次得到mg12coy合金，將該合金用線切割機切割成φ10mm×8mm的圓柱體試樣，依次用180#、320#、600#、1200#、2000#砂紙對合金表面進行打磨，觀察到合金表面劃痕方向一致即可，然后用去離子水及酒精沖洗，利用拋光布采用水拋的方式將鎂基合金材料表面拋光，以無水乙醇為清洗劑，清洗溫度為15℃，清洗時間為13min；

接著將該合金用坦片包裹，裝入氮化硼坩堝中，將坩堝整體放入石墨爐中，接著用兩片直徑與石墨管外徑相同的石墨片分別將其頂部和底部封住，然后將石墨爐整體放入標(biāo)準(zhǔn)的葉臘石槽中，在葉臘石槽中的石墨坩堝上下兩側(cè)分別放入石墨片和導(dǎo)電鋼帽，完成高壓試樣的裝配。

將上述裝配好的高壓試樣放在高壓六面頂壓機的腔體位置，將壓力升高至4gpa，以10℃/min的升溫速率將溫度升高至1200℃，保溫40min，然后關(guān)閉電源停止加熱，空冷至室溫，卸壓后取出高壓試樣，得到具有超細長周期有序結(jié)構(gòu)的鎂基儲氫合金。測試該合金的吸放氫性能，如圖4所示pct曲線，250℃時，該合金吸放氫總量達到5.0％左右，吸/放氫平臺壓為0.27/0.1mpa，相比于傳統(tǒng)工藝的mg12coy合金，儲氫總量有所提高，而且平臺壓減小，滯后性減小。