CN101967590B - 一种镁铟固溶体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁铟固溶体及其制备方法，(1)把镁粉和铟粉按照摩尔比(100-x)∶x，其中0＜x＜12的比例配制样品A，样品A在球磨机上进行混粉，得到混合粉末B并压制成形，得到生坯C并在真空炉中通氩气保护进行烧结处理，烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体；添加适量的铟制备成镁铟固溶体，使镁的吸放氢反应路径发生改变，从而达到减少镁的吸放氢焓变、降低镁氢化物(MgH2)热力学上稳定性的效果，镁铟合金同时具有良好的可逆性，解决了不可逆或者可逆性差的问题。

Description

一种镁铟固溶体及其制备方法
技术领域
本发明涉及储氢材料，尤其涉及一种镁铟固溶体及其制备方法。
背景技术
目前所研究开发的储氢材料，普遍存在的问题是具有很高的热力学稳定性，因而放氢温度高；另一方面是，动力学性能差，特别是放氢动力学。这两方面的缺点严重阻碍了储氢材料的实际应用。
现有开发的储氢材料中，镁由于具有高的理论储氢量，良好的循环性能，以及镁资源丰富等优点，广泛地吸引了人们的兴趣，被认为是最有发展前途的储氢材料之一。但镁氢化物的形成焓高达-74.5kJ/mol H2，通常情况下需要在300℃以上才能缓慢放氢。所以，对镁这种储氢材料的研究，最关键的一点就是降低其氢化物的热力学稳定性。
在过去的研究中，为了提高镁的动力学性能，采用了添加催化剂、与其它化合物复合和获得纳米晶结构等方法，并取得了良好的结果，特别对镁的吸氢动力学有了显著的改善。然而在热力学去稳定方面，虽然有不少研究工作的开展，但效果依然不理想。有的研究者采用添加第二组元，使其在放氢过程中与镁形成热力学稳定的化合物，从而达到对镁氢化物的去稳定作用，如添加Si元素，这种方法虽然降低了镁氢化物的热力学稳定性，但由于在脱氢过程中形成的Mg2Si过于稳定，导致该反应不可逆。因此，寻找一种方法既能达到对镁氢化物去稳定作用，又能保持良好的循环性能是镁储氢材料发展的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种镁铟固溶体及其制备方法，使镁的吸放氢反应路径发生改变，从而达到减少镁的吸放氢焓变、降低镁氢化物热力学上稳定性的效果，同时具有良好的可逆性，解决了现有技术中的不可逆或者可逆性差的问题。
本发明的目的通过下述方案实现：一种镁铟固溶体，该镁铟固溶体中镁、铟的摩尔比为(100-x)∶x，其中0＜x＜12。
上述镁铟固溶体的制备方法，包括以下步骤：
(1)把镁粉和铟粉按照摩尔比(100-x)∶x，其中0＜x＜12的比例配制样品A；
(2)将按照步骤(1)比例配制的样品A，在球磨机上进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中，得到的混合粉末B压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行烧结处理；
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体。
所述步骤(3)中压制成形的压力约50MPa～100MPa。
所述步骤(3)保护气压约1个大气压；烧结温度约300℃～600℃；烧结时间约3小时～10小时。
上述球磨机可以是行星式球磨机，也可以是其他球磨机；上述步骤(1)中铟粉含量可以是≤10at％(摩尔比)。
本发明镁铟固溶体，可作为制造电池的材料、氢气的分离以及回收和净化材料、制冷或采暖设备材料等。
本发明与现有技术相比，优点及效果在于：
a、本发明采用在镁中添加适量的铟，并通过上述方法制备的镁铟固溶体，利用固溶体在吸放氢反应中的相变调制镁的氢化和脱氢反应焓，从而达到对镁氢化物的去稳定作用。另一方面，第二组元铟的存在有利氢的解离和扩散，也提高了镁的吸放氢动力学性能；
b、具体地说，本发明的方法所制得的镁铟固溶体，在保持了镁的晶体结构不发生改变情况下，使得镁的单胞体积减小；在吸氢反应过程中，固溶体发生分解形成镁氢化物和镁铟化合物；而在脱氢时，又重新形成镁铟固溶体，利用反应过程中的相变实现了对镁吸放氢反应焓的调制。另外，由于第二组元的添加，容易通过球磨的方法获得纳米结构，这种纳米结构的镁具有明显优于传统粗晶镁的吸放氢动力学行为；
c、步骤(3)中通氩气保护，避免镁的氧化，烧结温度300～600℃使Mg-In之间发生扩散反应，避免铟由于比重大而导致偏析；
d、步骤(4)中采用氩气氛下球磨，使制备的镁铟固溶体成分均匀，且具有纳米结构，有利于氢的扩散进行；
综上所述，本发明保持了镁的晶体结构不发生改变，继承了镁的优良储氢性能；本发明可逆性好，解决了其它方法中的可逆性差的问题，固溶体吸放氢完全可逆；本发明制备工艺简单，有效节约了经济成本；本发明降低了放氢温度的同时，也提高了脱氢反应速率。
附图说明
图1是本发明初始粉末(Mg，In)及样品球磨40和50小时的XRD谱
图2是本发明Mg、In固溶体吸放氢过程的相变，a吸氢前，b不完全吸氢，c完全吸氢，d脱氢后。
图3是本发明Mg、In固溶体与Mg脱氢性能比较，a：Mg在300℃下放氢，b：Mg、In在270℃下放氢，c：Mg、In在300℃下放氢。
图4是本发明Mg、In在不同温度下的循环PCI曲线。
图5是本发明添加不同量的In对Mg吸放氢焓变的影响。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
(1)把Mg粉和In粉按照摩尔比95∶5的比例混合，配制样品A；
(2)按照步骤(1)比例配制的样品A，在行星式球磨机上球磨进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中得到的混合粉末B在100MPa下压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行560℃烧结3个小时，保护气压为1个大气压。
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体合金。
实施例2：
(1)把Mg粉和In粉按照摩尔比95∶5的比例混合，配制样品A；
(2)按照步骤(1)比例配制的样品A，在行星式球磨机上球磨进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中，得到的混合粉末B在100MPa下压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行400℃烧结3个小时，保护气压为1个大气压。
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体合金。
实施例3：
(1)把Mg粉和In粉按照摩尔比90∶10的比例混合，配制样品A；
(2)按照步骤(1)比例配制的样品A，在行星式球磨机上球磨进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中，得到的混合粉末B在100MPa下压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行560℃烧结3个小时，保护气压为1个大气压。
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体合金。
实施例4：
(1)把Mg粉和In粉按照摩尔比98∶2的比例混合，配制样品A；
(2)按照步骤(1)比例配制的样品A，在行星式球磨机上球磨进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中，得到的混合粉末B在100MPa下压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行560℃烧结3个小时，保护气压为1个大气压。
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体合金。
实施例5：
(1)把Mg粉和In粉按照摩尔比90∶10的比例混合，配制样品A；
(2)按照步骤(1)比例配制的样品A，在行星式球磨机上球磨进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中，得到的混合粉末B在50MPa下压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行400℃烧结6个小时，保护气压为1个大气压。
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体合金。
实施例6：
(1)把Mg粉和In粉按照摩尔比98∶2的比例混合，配制样品A；
(2)按照步骤(1)比例配制的样品A，在行星式球磨机上球磨进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中，得到的混合粉末B在50MPa下压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行400℃烧结5个小时，保护气压为1个大气压。
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体合金。
实施例7：
(1)把Mg粉和In粉按照摩尔比95∶5的比例混合，配制样品A；
(2)按照步骤(1)比例配制的样品A，在行星式球磨机上球磨进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中，得到的混合粉末B在50MPa下压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行300℃烧结10个小时，保护气压为1个大气压。
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体合金。
实施例8：
(1)把Mg粉和In粉按照摩尔比95∶5的比例混合，配制样品A；
(2)按照步骤(1)比例配制的样品A，在行星式球磨机上球磨进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中，得到的混合粉末B在100MPa下压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行600℃烧结3个小时，保护气压为1个大气压。
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体合金。
上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种镁铟固溶体，其特征在于：该镁铟固溶体中镁、铟的摩尔比为(100-x)∶x，其中0＜x＜12；
所述镁铟固溶体的制备方法，包括以下步骤：
(1)把镁粉和铟粉按照摩尔比(100-x)∶x，其中0＜x＜12的比例配制样品A；
(2)将按照步骤(1)比例配制的样品A，在球磨机上进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中，得到的混合粉末B压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行烧结处理；
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体；
所述步骤(3)中压制成形的压力为50MPa～100MPa；
所述步骤(3)保护气压为1个大气压；
所述步骤(3)烧结温度为300℃～600℃；
所述步骤(3)烧结时间为3小时～10小时。
2.权利要求1镁铟固溶体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)把镁粉和铟粉按照摩尔比(100-x)∶x，其中0＜x＜12的比例配制样品A；
(2)将按照步骤(1)比例配制的样品A，在球磨机上进行混粉，得到混合粉末B；
(3)把步骤(2)中，得到的混合粉末B压制成形，得到生坯C，将生坯C在真空炉中通氩气保护进行烧结处理；
(4)经步骤(3)烧结处理过的生坯C破碎后，再在氩气氛下球磨得到镁铟固溶体；
所述步骤(3)中压制成形的压力为50MPa～100MPa；
所述步骤(3)保护气压为1个大气压；
所述步骤(3)烧结温度为300℃～600℃；
所述步骤(3)烧结时间为3小时～10小时。
3.根据权利要求2所述的镁铟固溶体的制备方法，其特征在于，所述球磨机为行星式球磨机。
4.根据权利要求3所述的镁铟固溶体的制备方法，其特征在于，所述铟粉含量≤10at.％。
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