專(zhuān)利名稱(chēng)：多元鈦鐵系貯氫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多元鈦鐵系貯氫合金，尤其涉及一種較高貯氫容量及低成本多元
鈦鐵系貯氫合金，屬于貯氫能源材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
燃料電池是本世紀(jì)最有前途的高效與清潔的發(fā)電方式，燃料電池將在電動(dòng)汽車(chē)、移動(dòng)電源、不間斷電源、潛艇及空間電源諸多方面有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著燃料電池和電動(dòng)汽車(chē)的迅速發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化，車(chē)載氫源技術(shù)及氫能基礎(chǔ)設(shè)施的研究與建設(shè)已引起發(fā)達(dá)國(guó)家的廣泛關(guān)注，而以氫為燃料的燃料電池的發(fā)展受到了其氫源技術(shù)的制約。在已開(kāi)發(fā)的各種氫源中，以貯氫合金為基礎(chǔ)的氫源由于其安全、高效正越來(lái)越受到人們的重視。
用金屬氫化物貯氫是氫氣貯存的重要手段。其原理是通過(guò)貯氫合金與氫氣之間進(jìn)行的可逆反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氫氣的貯存與釋放。其貯存氫的密度可超過(guò)液態(tài)氫的密度，與固態(tài)氫的密度相近。此外，還具有許多其他優(yōu)點(diǎn)，如不需要?dú)怏w鋼瓶的高壓和液氫的低溫，可在常溫和常壓下使用，安全性好，可以循環(huán)使用等等。 TiFe合金是AB型貯氫合金的典型代表，它在常溫下具有較大的可逆吸放氫量，氫化物的分解壓力僅為十個(gè)大氣壓左右，接近工業(yè)實(shí)際應(yīng)用；此外，該合金系是目前常溫貯氫金屬材料中價(jià)格最低廉的，Ti和Fe兩種元素在自然界中含量豐富，很適合在工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用，是很有前途的貯氫合金系列。但是，TiFe系貯氫合金活化性能較差，貯氫容量仍不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求不斷提高的需要。為解決上述問(wèn)題，各國(guó)研究者做了許多工作。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外金屬原材料的價(jià)格不斷上漲，研制相對(duì)貯氫容量較高而價(jià)格低廉貯氫合金的任務(wù)對(duì)貯氫材料的實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多元鈦鐵系貯氫合金，是一種較高貯氫量及低成本的多元鈦鐵系貯氫合金。 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 —種多元鈦鐵系貯氫合金，其特征在于該合金的化學(xué)組成如下(Ti卜。L。)a(Fei—x—y—zCr,MyN丄，式中，L為Zr， Hf， Mg中的一種元素，M為Ni， Ta， W， Ce， Cu中的一種元素，N為Nb， V， Zn， A1，B中的一種元素，O. 9《a《1. 3，0. 7《b《1. l，O. 005《c《0. 2，0. 01《x《0. 4，0. 005《y《0. 05，0. 005《z《0. 03。 所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其合金組成中當(dāng)M為Ni， Ta中的一種元素時(shí)，N為Zn， A1，B中的一種元素。 所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其合金組成中當(dāng)M為W，Ce，Cu中的一種元素時(shí)，N為Nb， V中的一種元素。 所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其合金組成中1.0《a《1.2,0.85《b《1.05，0. 005《c《0. 05。
所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其合金組成中0. 03《x《0. 2，0. 005《y《0. 03， 0. 005《z《0. 01。 所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其合金組成中1.0《a《1.2,0.85《b《1.05， 0. 005《c《0. 05，0. 03《x《0. 2，0. 005《y《0. 03，0. 005《z《0. 01。 本發(fā)明的多元鈦鐵系貯氫合金的制備方法是首先可以按合金配方所確定的重量 百份比稱(chēng)取10 50克或10 20公斤，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99%以上。 然后分別在非自耗真空電弧爐或真空中頻感應(yīng)爐中熔煉，熔煉時(shí)為防止氧化均在氬氣保護(hù) 氣氛下進(jìn)行。采用非自耗真空電弧爐熔煉時(shí)，為保證貯氫合金成分均勻，需翻身熔煉3 4 次。 本發(fā)明采用了多元合金化。多元取代后，TiFe基合金的氫化物的分解壓力從十來(lái) 個(gè)大氣壓下降到幾個(gè)大氣壓，使得該合金的吸放氫壓力條件進(jìn)一步緩和。由于這些多元合 金元素的取代和它們之間的交互作用，使得本發(fā)明的多元鈦鐵系貯氫合金不僅具有較高的 貯氫容量，而且在較溫和的條件下就容易活化。另一方面本發(fā)明的多元鈦鐵系A(chǔ)B型貯氫 合金成分設(shè)計(jì)時(shí)采用了 A側(cè)元素超出了化學(xué)計(jì)量比，有利于在基體上形成較多彌散的第二 相，從而提高了合金的活化性能。 本發(fā)明的多元鈦鐵系貯氫合金不僅具有較高的貯氫容量和易活化，而且成本低 廉。使其能夠適用于氫的規(guī)模化儲(chǔ)存和運(yùn)輸、氫氣凈化裝置和燃料電池的氫源。特別是在 國(guó)內(nèi)外金屬原材料的價(jià)格不斷上漲今天，相對(duì)貯氫容量較高而價(jià)格低廉的多元鈦鐵系貯氫 合金特顯其對(duì)貯氫材料的規(guī)?；瘧?yīng)用的優(yōu)越性。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例l 貯氫合金TiL。Zr。.。5Fe。.^Cr。.。4Ni。.。2Zn。.。。5按合金配方所確定的重量百份比稱(chēng)取30 克，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99%以上。然后在非自耗真空電弧爐中在氬氣保 護(hù)氣氛下進(jìn)行。為保證合金成分均勻，翻身熔煉3 4次。取5克樣品機(jī)械粉碎至50 100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中?；罨?(TC下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa 的氫氣，經(jīng)過(guò)5 30分鐘就可以活化，反復(fù)吸放氫4次就可完全活化。測(cè)得合金的貯氫量 為213ml/g，放氫量為201ml/g。
實(shí)施例2 貯氫合金TiL。eZr。.MFe。.MCr。.。sTa。.。2Al。.M按合金配方所確定的重量百份比稱(chēng)取30 克，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99%以上。然后在非自耗真空電弧爐中在氬氣保 護(hù)氣氛下進(jìn)行。為保證合金成分均勻，翻身熔煉3 4次。取5克樣品機(jī)械粉碎至50 100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中?；罨?(TC下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa 的氫氣，經(jīng)過(guò)5 30分鐘就可以活化，反復(fù)吸放氫4次就可完全活化。測(cè)得合金的貯氫量 為220ml/g，放氫量為213ml/g。
實(shí)施例3 貯氫合金Ti^Hf。.。2Fe。.9eCr。.。3Ni。.。3B。.。。5按合金配方所確定的重量百份比稱(chēng)取20 克，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99%以上。然后在非自耗真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行。為保證合金成分均勻，翻身熔煉3 4次。取5克樣品機(jī)械粉碎至50 100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中?；罨?(TC下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa的氫氣，經(jīng)過(guò)5 30分鐘就可以活化，反復(fù)吸放氫數(shù)次就可完全活化。測(cè)得合金的貯氫量為205ml/g，放氫量為196ml/g。
實(shí)施例4 按合金設(shè)計(jì)配方Ti^Hf。.。2Fe。.93Cr。.。,。.。2Nb。.。。5所確定的重量百份比稱(chēng)取15公斤，試驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99%以上。在真空中頻感應(yīng)爐中在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行熔煉，澆注在通水的水冷模中冷卻。貯氫合金樣品經(jīng)機(jī)械粉碎至50 100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中?；罨?(TC下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa的氫氣，經(jīng)過(guò)5 30分鐘就可以活化，反復(fù)吸放氫3次就可完全活化。該合金的貯氫量為218ml/g，放氫量為202ml/g。
實(shí)施例5 貯氫合金TiuMg。.MFe。.8eCr。.。sCu。.MNb。.M按合金配方所確定的重量百份比稱(chēng)取50克，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99%以上。然后在非自耗真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行。為保證合金成分均勻，翻身熔煉3 4次。取5克樣品機(jī)械粉碎至50 100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中。活化在8(TC下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa的氫氣，經(jīng)過(guò)5 30分鐘就可以活化，重復(fù)吸放氫2次就可完全活化。測(cè)得該合金的貯氫量為197ml/g，放氫量為164ml/g。
實(shí)施例6 貯氫合金TiuMg。.。2Fe。.88Cr?！笴e。.，V。.。3按合金配方所確定的重量百份比稱(chēng)取50克，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99%以上。然后在非自耗真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行。為保證合金成分均勻，翻身熔煉3 4次。取5克樣品機(jī)械粉碎至50 100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中?；罨?(TC下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa的氫氣，經(jīng)過(guò)5 30分鐘就可以活化，重復(fù)吸放氫2次就可完全活化。測(cè)得該合金的貯氫量為189ml/g，放氫量為132ml/g。
權(quán)利要求
一種多元鈦鐵系貯氫合金，其特征在于該合金的化學(xué)組成如下(Ti1-cLc)a(Fe1-x-y-zCrxMyNz)b，式中，L為Zr，Hf，Mg中的一種元素，M為Ni，Ta，W，Ce，Cu中的一種元素，N為Nb，V，Zn，Al，B中的一種元素，0.9≤a≤1.3，0.7≤b≤1.1，0.005≤c≤0.2，0.01≤x≤0.4，0.005≤y≤0.05，0.005≤z≤0.03。
2. 如權(quán)利要求1所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中當(dāng)M為Ni，Ta中 的一種元素時(shí)，N為Zn， Al， B中的一種元素。
3. 如權(quán)利要求1所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中當(dāng)M為W， Ce， Cu 中的一種元素時(shí)，N為Nb， V中的一種元素。
4. 如權(quán)利要求1所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中1. 0《a《1. 2， 0. 85《b《1. 05，0. 005《c《0. 05。
5. 如權(quán)利要求1所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中0. 03《x《0. 2， 0. 005《y《0. 03，0. 005《z《0. 01。
6. 如權(quán)利要求1所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中1. 0《a《1. 2， 0. 85《b《1. 05， 0. 005《c《0. 05， 0. 03《x《0. 2，0. 005《y《0. 03， 0. 005《z《0. 01。
7. 如權(quán)利要求1所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成為T(mén)iL。2Hf。.。2Fe。jC03評(píng)0. 02他0. 005。
8. 如權(quán)利要求1所述的多元鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成為T(mén)iuMg。^Fe。.8eC r。. 08Cu0. oiNb0.01 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多元鈦鐵系貯氫合金，其化學(xué)組成是(Ti1-cLc)a(Fe1-x-y-zCrxMyNz)b，式中，L為Zr，Hf，Mg中的一種元素，M為Ni，Ta，W，Ce，Cu中的一種元素，N為Nb，V，Zn，Al，B中的一種元素，0.9≤a≤1.3，0.7≤b≤1.1，0.005≤c≤0.2，0.01≤x≤0.4，0.005≤y≤0.05，0.005≤z≤0.03。本發(fā)明的多元鈦鐵系貯氫合金可以用非自耗真空電弧爐及真空中頻感應(yīng)爐熔煉，熔煉的合金易活化、貯氫容量較高，且合金的成本低廉，適宜用作燃料電池氫源合金。
文檔編號(hào)C01B3/00GK101713049SQ20091019822
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者孟祥海, 張金龍, 李士爐, 葛建生, 金航軍 申請(qǐng)人:上海大學(xué)