一種用于貯存氚的ab型儲氫合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及儲氫合金技術領域,具體而言,涉及一種用于貯存氚的AB型儲氫合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]氚是一種重要戰(zhàn)略資源,在能源、國防等重要的領域均具有舉足輕重的作用。氚作為一種人工核素,目前僅能通過核反應堆和加速器的核反應獲得,并且氚會通過自發(fā)β衰變成氦3,半衰期僅為12.33a。氚的稀缺性、放射性以及在能源和國防領域的關鍵作用,決定了實現(xiàn)涉氚系統(tǒng)中氚的快速、安全、可靠的貯存,輸運,供給的重要性。
[0003]氚的安全處理、儲存以及運輸需要所用的儲氫合金室溫下氫(氚)化物平衡壓力盡可能低,以保障放射性氚的高效吸收,盡可能避免氚在轉運過程中進入環(huán)境,造成氚的浪費;另一方面,需要儲氫合金具有良好的循環(huán)壽命和較低的氚滯留量,避免氚在儲氫合金中的不可逆滯留。由此,選擇合適的貯氚材料,對于可控核聚變堆的發(fā)展是極為重要的關鍵技術之一O
[0004]現(xiàn)有的貯氚材料由于無法兼顧高貯氚容量、高穩(wěn)定性、低平衡離解壓力、良好的吸放氫動力學性能及較強固氦能力等特性,尚無法完全滿足技術需求。而用于氚的貯存、供給與回收的貯氚材料卻又是制約可控核聚變能最終實現(xiàn)商業(yè)應用的關鍵技術問題之一,同時也是中子管等涉氚技術領域實現(xiàn)進一步安全、可靠發(fā)展的關鍵技術之一。
[0005]現(xiàn)有的涉氚系統(tǒng)中使用的貯氚材料一般為單質鈾,鈾具有吸放氫(氚)動力學性能佳、室溫離解平衡壓低(10—3Pa)等優(yōu)勢,但其作為一種核材料,又存在貯氫容量偏低(140ml/g),氫化易粉化、事故條件下易發(fā)生自燃,釋氫(氚)溫度高等缺點,不能完全滿足可控聚變反應堆等涉氚工程技術領域中氚的安全貯存、運輸以及供給系統(tǒng)對貯氚材料的技術要求。
[0006]金屬間化合物AB型儲氫合金以ZrCo合金為代表,具有優(yōu)良的低壓氫同位素捕捉能力,吸放氫(氚)動力性能、良好的固氦能力以及相對溫和的釋氫條件,是目前研究較多的一種可用于氚的安全操作、輸運以及儲存的材料。然而ZrCo合金在使用過程中會發(fā)生氫致歧化反應,生成熱力學穩(wěn)定的ZrH2相和ZrCo2相,造成不可逆儲氫容量的損失以及其自身循環(huán)使用壽命的下降。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于貯存氚的AB型儲氫合金,此儲氫合金具有良好的抗氫致歧化性能,優(yōu)異的吸放氫動力學性能及室溫氫化物平衡壓力。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于貯存氚的AB型儲氫合金的制備方法,以對AB型儲氫合金的制備做指導。
[0009]本發(fā)明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0010]一種用于貯存氚的AB型儲氫合金,其組分通式為Zn—xTixC0l—yFey,其中0.10.4,0.1 <y <0.2。
[0011]另外,一種上述用于貯存氚的AB型儲氫合金的制備方法,包括按照配比,將各原料混合后置于無氧、充滿惰性氣體、6X 14?8 X 14Pa的環(huán)境條件下熔煉,待其冷卻為鑄錠后退火。
[0012]相對于現(xiàn)有技術,本發(fā)明包括以下有益效果:本發(fā)明是在AB型ZrCo合金的基礎上,分別用Ti元素(鈦元素)替代A側Zr元素(鋯元素),用Fe元素(鐵元素)替代B側Co元素(鈷元素),再通過退火,使合金得到較為均勻的立方晶系合金。其中,Ti元素的添加可以改變合金氫(氚)化物晶格內(nèi)氫(氚)原子在間隙位的占位分布,可大幅降低Zr元素和Co元素在反復吸放氫(氚)循環(huán)過程或高溫氫(氚)氣氛中發(fā)生氫(氚)致歧化反應,以生成熱力學穩(wěn)定的ZrH2和ZrCo2相所導致不可逆儲氫容量的損失,Ti元素的添加能夠增強ZrCo合金的抗氫(氚)致歧化性能,提升ZrCo合金的循環(huán)使用壽命。但Ti元素替代含量的增加會導致ZrCo合金氫(氚)化物坪臺壓力的提升以及吸氫(氚)動力學性能的下降,所以成分原料中又加入了Fe元素。Fe元素的添加能夠提高ZrCo合金吸放氫(氚)動力學性能,降低ZrCo合金氫(氚)化物平衡壓力,其能夠有效改善因Ti元素添加而導致的吸氫(氚)動力學性能與熱力學性能的衰減,補足缺漏。
[0013]本發(fā)明提供的儲氫合金為低平衡壓的儲氫合金,其具有室溫平衡壓力坪臺低于I(T1Pa、吸放氫(氚)速率快、循環(huán)壽命優(yōu)良、抗氫致歧化以及貯氫(氚)容量大等優(yōu)點。對于低平衡壓條件下氫及其同位素的安全處理,儲存、運輸以及回收等工況,具有非常顯著的應用優(yōu)勢。此外,本發(fā)明的制備方法操作簡單、易于實現(xiàn)、效率高,而且成本低。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚的說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1 是Zr0.gT1.1Co0.9Fe0.1 儲氫合金放氫 P-C-T 曲線;
[0016]圖2是 Zr0.8T1.2Co().9Fe().1儲氫合金放氫 P-C-T曲線;
[0017]圖3 是 Zr0.τΤ?ο.3Co0.9Fe0.1 儲氫合金放氫 P-C-T 曲線;
[0018]圖4是儲氫合金的773K氫致歧化動力學曲線;
[0019]其中(a)、(b)、(c)、(d)分別為Zr0.9T1.1Co0.9Fe0.hZr0.8T1.2Co0.9Feo」、Zr0.7T1.3Co0.9Fe0.1、現(xiàn)有的ZrCo合金的氫致歧化動力學曲線;
[0020]圖5是Zr0.8T1.2Ccn—yFey合金活化后的室溫(300K)、壓力為10kPa吸氫動力學曲線對比圖,
[0021 ]其中(a)、(b)分別為 21'0.8!';[().200().8?6().2合金、21'().81';[().200().9?6().1合金的吸氫動力學曲線;
[0022]圖6是ZrQ.7TiQ.3C01—yFey合金活化后的室溫(300K)、壓力為10kPa吸氫動力學曲線對比圖,
[0023]其中(a)、(b)分別為21'0.7!';[().300().8卩6().2合金、21'().71';[().300().9卩6().1合金的吸氫動力學曲線;
[0024]圖7是本發(fā)明提供的X射線衍射圖,
[0025]其中(a)、(b)、(c)分別為ZrojT1.1CoojFe0.hZr0.sT1jCo0.sFeoj、Zr0.7T1.3Co().8Fe().2的X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚,下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者,按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者,均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品O
[0027]下面對本發(fā)明實施例的用于貯存氚的AB型儲氫合金及其制備方法進行具體說明。
[0028]用于貯存氚的AB型儲氫合金的組分通式為Zn—xTixC01—yFey,其中0.1 <χ<0.4,0.1<y <0.2。
[0029]其中,x、y優(yōu)選滿足0.1<x<0.2,0.1 Sy <0.15,Zr、T1、Co、Fe的原料純度均在
99%以上。以高純度原料來制取儲氫合金,能夠滿足儲氫合金自身的高標準,而且還能制得性能較好的儲氫合金。
[0030]另外,用于貯存氚的AB型儲氫合金的制備方法包括,按照配比,將各原料混合后置于無氧、充滿惰性氣體、6 X 14?8 X 14Pa的環(huán)境條件下熔煉,待