專利名稱：多元非蒸散型低溫激活鋯基吸氣劑合金及其制法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋯基合金領域，特別是用作多元非蒸散型低溫激活鋯基吸氣劑合金及其制法。
一些真空器件中，如真空保溫杯(瓶)、太陽能真空管熱水器、石油勘探隔熱管等，它是利用在真空中氣體稀薄，氣體對熱的傳導作用弱，熱的損失小的原理，來達到容器保溫、隔熱的作用。真空度愈高，保溫、隔熱效果愈好。真空器件在長期使用過程中，常會發(fā)生氣體的滲透，降低真空度，使真空器件失效，縮短使用壽命。為了提高這些真空器件的真空度和延長使用壽命，在器件中一般都放入一定量的非蒸散型低溫激活吸氣劑合金。常用的這類吸氣劑合金有Zr-V-Fe(us-4312669)、Zr-V-Fe-Ti(中國專利號89106797.3)和低溫激活Zr-C吸氣劑。在這些真空器件中加入上述吸氣劑合金中的一種，起到了較好的保溫隔熱效果，但仍不令人滿意。眾所周知，保證這類真空器件質(zhì)量的關鍵是提高真空度，減小氣體對熱的傳導。殘余氣體中的主要成分為H2、O2、N2、CO2和H2O，它們的導熱系數(shù)差別極大，其中H2的導熱系數(shù)最高，為0.152，分別為O2、N2、CO2、H2O的導熱系數(shù)的6.6倍、6.9倍、8.4倍和1.4倍。因此，H2的殘余含量對真空器件保溫性能的影響極大，即使是極微量的H2，對器件的保溫性能也會產(chǎn)生嚴重危害。另外，H2的原子半徑較小，在器件使用過程中，最容易滲透。故發(fā)明一種吸氣劑合金，它對H2的吸氣速率和吸氣容量比現(xiàn)在常用的幾種非蒸散型低溫激活吸氣劑更快、更大，是非常迫切和極有現(xiàn)實意義的。
本發(fā)明的目的是提供一種比現(xiàn)有的非蒸散型低溫激活吸氣劑合金對H2的吸氣速率和吸氣容量更快、更高的吸氣劑合金，它同時還吸收其它活性氣體，并且其制造工藝要簡單，易掌握。
本發(fā)明的實施方案是，采用以下化學成份(重量份)的鋯基合金鋯(Zr)62-75，鎳(Ni)6.5-10.5，釩(V)16-25，鐵(Fe)2-8，鑭族稀土(Ml)1-6，(其中鑭族稀土的含量為鑭45-50％，鐠10-15％，鈰2-5％，釹35-40％重量)就可實現(xiàn)上述的目的。
本發(fā)明選擇以鋯為基，再添加其它合金元素，它們在合金系中的作用，分別概述如下選擇金屬鋯為基元素，是因為鋯金屬較活潑，對各種活性氣體都有較強的親和力，并形成各種化合物，鋯本身是一種優(yōu)異的吸氣材料。但在鋯顆粒的表面一般都有一層氧化保護膜，必須在高溫、真空中活化處理清除這層氧化膜，暴露出鋯的新鮮表面后，它才有吸氣性。這限制了鋯在一些條件下的直接使用。為了擴大應用范圍，降低其激活溫度，必須添加一些其它合金元素。
金屬鎳它與鋯能形成金屬間化合物Zr2Ni、ZrNi等，這些化合物對活性氣體有較好的吸附性，其中對H2的吸附性尤為優(yōu)異。
金屬釩、鐵它們與鋯也形成多種金屬間化合物ZrV2、ZrFe2、Zr2Fe等。這些化合物對活性氣體都有好的吸收性。此外，釩、鐵的同時添加，與鋯能形成C15型立方結構的準二元金屬間化合物Zr(V1-xFex)2，其中X≈0.17，這個金屬間化合物有較強的吸氣性能。另外，添加釩還能降低合金系的激活溫度。
添加一定量鑭族的稀土元素，能起到凈化合金的晶界，促進合金活化過程和提高合金吸氣性能的功效，是本發(fā)明最突出特征之一。
本發(fā)明吸氣劑合金的制造工藝是分別稱出粒狀鋯、鎳、釩、鐵和鑭族稀土。將上述五種粒狀原材料烘烤除濕氣后分別置于坩堝中。采用通用的真空中頻感應熔化或真空(充氬)電弧熔化成錠。錠在氬氣保護下經(jīng)破碎、研磨、分篩取顆粒小于140目的顆粒粉末。具體的制造工藝參數(shù)列于實施例中。
吸氣劑合金的使用方法是要將吸氣劑合金進行預激活處理，消除顆粒表面上一層薄的保護性氧化膜、暴露出新鮮表面。激活條件是在真空下，激活溫度450±50℃，激活時間10-30min，吸氣劑合金的工作溫度25-350℃。
本發(fā)明的多元非蒸散型低溫激活鋯基吸氣劑合金的吸氣性能與Zr-V-Fe、Zr-V-Fe-Ti等吸氣劑合金的吸氣性能的比較列于

圖1-圖8中圖1合金在室溫下的吸H2特性曲線。
圖2合金在300℃下的吸H2特性曲線。
圖3合金在室溫下的吸N2特性由線。
圖4合金在室溫下的吸CO特性曲線。
圖5合金在室溫下對H2的吸氣速率和吸氣容量與時間的關系。
圖6合金在300℃下對H2的吸氣速率和吸氣容量與時間的關系。
圖7合金在室溫下對H2的吸氣速率和吸氣容量與時間的關系。
圖8合金在室溫下對CO的吸氣速率和吸氣容量與時間的關系。
本發(fā)明的產(chǎn)品有顆粒粉末、片和壓制在金屬鎳帶上的帶和環(huán)。本產(chǎn)品用于電光源元器件。惰性氣體凈化及只允許在中溫下加熱的真空器件中，特別適用于真空保溫杯(瓶)、太陽能真空管熱水器和石油勘探隔熱管中。
下面結合實施例對本發(fā)明吸氣劑合金的吸氣性能進一步說明實施例1按吸氣劑合金的化學成份稱取粒狀68.5克Zr、6.5克Ni、18克V、4克Fe、3克Ml族稀土(鑭48％、鈰3％、鐠13％、釹36％重量)配100克錠，在通用的真空充氬電弧爐進行熔化。當爐內(nèi)真空度達5×10-2Pa時，充氬氣，洗爐一次。在氬氣保護下，非自耗電弧爐中進行熔煉，熔融溫度為1500℃。為了使合金成份均勻，反復熔煉三遍。小錠經(jīng)破碎、研磨成＜140目的顆粒粉末，取0.28g壓制成φ6×2mm的小片，用非蒸散型吸氣材料及制品吸氣性能測試方法(GB8763-88)測量了吸氣劑合金片在室溫和300℃下對H2的吸氣特性和吸氣速率、吸氣容量隨時間變化的關系。為了比較用同樣方法熔化制備了Zr-V-Fe和Zr-V-Fe-Ti合金粉末，并壓制成φ6×2mm的小片，進行了同臺性能測試，檢測條件試片在500℃下激活10分鐘，工作壓強為7×10-4Pa，其結果列于圖1、圖2、圖5和圖6中。
圖1和圖2的結果表明，本發(fā)明吸氣劑合金在室溫和300℃下對H2的吸氣特性，都優(yōu)于現(xiàn)有的非蒸散型低溫激活吸氣劑合金Zr-V-Fe和Zr-V-Fe-Ti的吸H2特性。從圖5和圖6結果可得出本發(fā)明吸氣劑合金在室溫下對H2在10分鐘時的吸氣速率S10(ml/s·g)和240分鐘時的吸氣容量Q240(ml·Pa/g)為1150ml/s·g和6400ml·Pa/g，比Zr-V-Fe和Zr-V-Fe-Ti合金的吸H2性能分別提高30～35％和15～25％，本發(fā)明吸氣劑合金在300℃下對H2的S10和Q240為1800ml/s·g和12500ml·Pa/g，比Zr-V-Fe和Zr-V-Fe-Ti合金的吸H2性能分別提高25-30％和15-20％。
實施例2按吸氣劑合金的化學成份稱取粒狀的3550克Zr、350克Ni、800克V、200克Fe、100克Ml(其中鑭46％、鈰5％、鐠14％、釹35％重量)配5000克錠，在通用的真空中頻感應爐中進行熔煉，真空度為5×10-2Pa，熔液溫度≈1550℃，熔液燒于水冷銅坩堝中，錠在氬氣保護下進行破碎、研磨、分篩，取出＜140目的顆粒粉末5.6g，壓制成φ6×2mm的小片20個，用實例1中所用測量方法和檢測條件，測量了小片在室溫下對N2和CO的吸氣特性和吸氣速率、吸氣容量隨時間變化的曲線。為了進行比較，用實例1中所制備的Zr-V-Fe和Zr-V-Fe-Ti合金片進行了同臺測試，其結果列于圖3、圖4、圖7和圖8中。
從圖3、圖4、圖7和圖8的結果中可以看出，本發(fā)明吸氣劑合金在室溫下對N2的吸氣性能比Zr-V-Fe合金要稍低，(低5-10％)，而比Zr-V-Fe-Ti合金要高(高15-20％)。本發(fā)明吸氣劑合金在室溫下對CO的吸氣性能比Zr-V-Fe合金略高(～5％)，而比Zr-V-Fe-Ti合金的要高15-20％。
比較例為了了解添加稀土元素對合金吸氣性能的影響，按下例成份配制了兩種合金1號，71克Zr-7克Ni-18克V-4克Fe和2號的68.5克Zr-6.5克Ni-17克V-4克Fe-4克Ml，每個合金配100克，按實施例1中所述的方法進行熔煉和制粉，并分別壓制了φ6×2mm的小片。用實施例1中所用的吸氣性能測試方法，測量了它們在室溫下的吸H2性能，結果得出1號合金，S10為1080ml/s·g，Q240為5800ml·Pa/g，2號合金，S10為1150ml/s·g，Q240為6350ml·Pa/g。從測試結果看，合金中添加一定量的鑭族稀土后，合金的吸氣性能提高10-15％。因此認為合金中添加鑭族稀土對合金吸氣性能有很好的效果。
本發(fā)明的優(yōu)點本吸氣劑合金采用通常方法熔煉，制造工藝簡單，對活性氣體具有好的吸氣性能，對H2的吸氣性能尤為優(yōu)異，其240分鐘時對H2的吸氣容量比Zr-V-Fe和Zr-V-Fe-Ti合金在室溫時的分別提高30-35％和15-25％，在300℃時的分別提高25-30％和15-20％。本發(fā)明吸氣劑合金的這種優(yōu)異的吸H2性能特別適用于真空保溫杯(瓶)、太陽能真空管熱水器和石油勘探隔熱管中。它將進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和延長器件的使用壽命。
權利要求
1.一種多元非蒸散型低溫激活鋯基吸氣劑合金，其特征在于其組份比(重量份)鋯62-75，鎳6.5-10.5，釩16-25，鐵2-8，鋼族稀土1-6(其中鑭45-50％、鈰2-5％、鐠10-15％、釹35-40％重量)。
2.一種多元非蒸散型低溫激活鋯基吸氣劑合金的制法，其特征在于采用權利要求1的組份比并在惰性氣體保護下非自耗電弧爐中進行熔化，真空度為5×10-2Pa，熔化溫度為1550±50℃。
3.一種多元非蒸散型低溫激活鋯基吸氣劑合金的制法，其特征在于采用權利要求1的組份比并在真空中頻感應爐進行熔化真空度為5×10-2Pa，熔化溫度為1550±50℃。
全文摘要
一種多元非蒸散型低溫激活鋯基吸氣劑合金及其制法，它是由鋯、鎳、釩、鐵和鑭族稀土組成。該吸氣劑用真空電弧或真空中頻感應爐熔化而制得，制造工藝簡單。激活溫度為450±50℃，工作溫度為25℃-350℃，吸氣性能好，對H
文檔編號C22C16/00GK1143686SQ9610634
公開日1997年2月26日 申請日期1996年6月21日 優(yōu)先權日1996年6月21日
發(fā)明者呂鎮(zhèn)和, 安守環(huán) 申請人:呂鎮(zhèn)和, 安守環(huán)