CN102383068A - 具有力学性能的非晶态吸氢合金及其制备方法 - Google Patents

具有力学性能的非晶态吸氢合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102383068A
CN102383068A CN2011103007761A CN201110300776A CN102383068A CN 102383068 A CN102383068 A CN 102383068A CN 2011103007761 A CN2011103007761 A CN 2011103007761A CN 201110300776 A CN201110300776 A CN 201110300776A CN 102383068 A CN102383068 A CN 102383068A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
hydrogen
hydrogen absorption
vacuum
amorphous state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011103007761A
Other languages
English (en)
Inventor
黄健
向杰
曾智
胡慧敏
戴家瑜
林传富
侯雪玲
林根文
张勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Astronomical Observatory of CAS
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
Shanghai Astronomical Observatory of CAS
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Astronomical Observatory of CAS, University of Shanghai for Science and Technology filed Critical Shanghai Astronomical Observatory of CAS
Priority to CN2011103007761A priority Critical patent/CN102383068A/zh
Publication of CN102383068A publication Critical patent/CN102383068A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有力学性能的非晶态吸氢合金及其制备方法，其化学通式为（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1Mx）2.3~3，式中：M是Co、Cr、Mn、V、Fe、Dy、Er中的一种或两种以上，0.1≤x≤0.3。该方法采用如下步骤：配料：按照化学式（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1Mx）2.3~3中的成分的重量百分比。熔炼：采用真空电弧或真空感应熔炼在氩气保护下熔炼均匀并快速冷却制成晶态合金铸锭。甩带：将铸锭破碎成小块体，将小块体放入外径14mm，内径11mm的底部带小孔的石英管中，在真空甩带炉中甩带，转速为30~45m/s以获得非晶态的吸氢合金。这中非晶合金具有活化温度低（≤200℃），室温下就可以吸氢，并且吸氢后不粉化的特点，特别适用不易于更换合金的吸氢装置中。

Description

具有力学性能的非晶态吸氢合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种以锆钛铬镍为主要成分并添加少量过渡元素的合金，并涉及其非晶合金的制备方法。
背景技术
目前，氢气作为一种绿色能源已得到广泛应用，尤其是在航空航天领域，现多采用钛多孔材料来吸收氢气，面临的问题是1、激活温度太高，对系统造成高温环境；2、吸氢后多孔材料粉化，力学性能差；3、粉末对真空环境造成污染。因此研究一种激活温度低、吸氢后不粉化仍具有优良力学性能的吸氢合金以成为当务之急。迄今，已实际应用的吸氢合金主要有Mg系合金、稀土系合金、Zr系合金和Ti系合金。这四类合金的共同缺点是吸氢温度高，吸氢后生成氢化物易粉化。
非晶合金吸氢行为与晶态合金相比优越性在于：1、非晶态合金拥有大量的长程无序和短程有序结构,为氢的扩散和占位提供了大量能垒较低的空穴,有利于吸放氢的进行。因此,相对于晶态合金,非晶态合金的活化性能较好,且放氢温度较低。2、晶态合金与氢反应生成氢化物，晶格体积膨胀，反复吸氢后发生粉化，而非晶合金与氢的结合方式是氢固溶到合金中理论上不会发生粉化。目前有文献报道的非晶态吸氢合金的类型有：Mg2Ni型、Zr60Al10Ni30和Zr-Al-Ni-Cu但其吸氢温度都大于200℃，且吸氢后易粉化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激活温度低，在室温下可以吸收大量的氢并且吸氢后不粉化的吸氢合金及其制备方法。本发明的吸氢合金是一种非晶态的多元合金。它保持了锆、镍所具有的吸氢量大的优点，又克服了原晶态合金必须在300℃以上活化和吸氢后易粉化的缺点，由于在100℃下也可以吸收大量氢，吸氢操作在相对较低的温度下就可以进行，且合金不容易粉化。
一种具有力学性能的非晶态吸氢合金，该合金的化学式为（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1Mx）2.3~3，式中：M是Co、Cr、Mn、V、Fe、Dy、Er中的一种或两种以上，0.1≤x≤0.3。
一种具有力学性能的非晶态吸氢合金的制备方法，采用如下步骤：
A. 配料：按照化学式（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1Mx）2.3~3中的成分及权利要求1所述成分的重量百分比，原材料质量百分比为Zr、Ti和Ni为99.99%，Cr为99.25%，M的质量百分比为≥99.9%。
B. 熔炼：采用真空电弧或真空感应熔炼在氩气保护下熔炼均匀并快速冷却制成晶态合金铸锭。
C. 甩带：将合金铸锭破碎成小的块体（约6g），再将小的合金块体放入外径14mm，内径11mm的底部带小孔（直径约0.6mm）的石英管中，在真空甩带炉中进行甩带，转速为30~45m/s以获得非晶态的吸氢合金。
本发明的非晶态吸氢合金的制备方法，其特征在于先按设定的化学式成分通过真空熔炼和真空甩带的方法制备出非晶态合金。
通过测量合金的XRD图谱判断其是否为非晶，通过测量PCT曲线和应力-应变曲线来判断合金的吸氢能力和力学性能。
附图说明
图1为本发明实施例一的XRD图谱。
图2为本发明实施例一的PCT曲线。
图3为本发明实施例一的应力-应变曲线。
图4为本发明实施例二的XRD图谱。
图5为本发明实施例二的PCT曲线。
图6为本发明实施例二的应力-应变曲线。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：
非晶态吸氢合金的化学通式为：（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1Mx）2.3式中：M = V，x=0.1时，构成（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1V0.1）2.3合金，具体步骤按化如下：
A.       按化学式计算Zr、Ti、Ni、Cr、V的质量比进行配料，原材料的质量百分比为Zr、Ti和Ni为99.99%，Cr为99.25%，V为99.94%。
B.       将原料置于真空电弧熔炼炉中，抽真空至3×10-3Pa，通入Ar(氩)气至0.05KPa，再抽真空至3×10-3Pa，再充入Ar(氩)气至大气压，熔炼4遍以使合金混合均匀，每炼一遍要将锭子翻转。获得晶态（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1V0.1）2.3合金锭。
C.       将小的合金块体（约6g）放入外径14mm，内径11mm的底部带小孔（直径约0.6mm）的石英管中，在真空甩带炉中进行甩带(速度40m/s)以获得非晶态的合金条带（宽：1.2~2mm，厚：20~25μm）。所得非晶合金的XRD图谱如图1所示。
D.       将该非晶合金约0.5g置于日本Full-Automatic PCI Monitor测试仪中，在抽真空下，加热至200℃温度下，保持真空和200℃2小时后，在真空下降温至室温（30℃）下，测试其吸氢量，所得非晶合金的吸氢曲线（PCT曲线）如图2所示。
E.        取该非晶合金条带长60mm，宽1.2mm，厚22μm，置于Zwick万能材料试验机中，进行拉伸试验，初始载荷为0，加载速率为0.5mm/min，测得其应力-应变曲线如图3所示。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于该非晶态吸氢合金的化学通式：（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1Mx）2..3中：M = V，x=0.3，构成（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1V0.3）2.3合金，具体步骤按化如下：
A.       按化学式计算Zr、Ti、Ni、Cr、V的质量比进行配料，原材料质量百分比为Zr、Ti和Ni为99.99%，Cr为99.25%，V为99.94%。
B.       将原料置于真空电弧熔炼炉中，抽真空至3×10-3Pa，通入Ar(氩)气至0.05KPa，再抽真空至3×10-3Pa，再充入Ar(氩)气至大气压，熔炼4遍以使合金混合均匀，每炼一遍要将锭子翻转。获得晶态（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1V0.3）2.3合金锭。
C.       将小的合金块体（约6g）放入外径14mm，内径11mm的底部带小孔（直径约0.6mm）的石英管中，在真空甩带炉中进行甩带(速度40m/s)以获得非晶态的合金条带（宽：1.2~2mm，厚：20~25μm）。所得非晶合金的XRD图谱如图4所示。
D.       将该非晶合金约0.5g置于日本Full-Automatic PCI Monitor测试仪中，在抽真空下，加热至200℃温度下，保持真空和200℃2小时后，在真空下降温至室温（30℃）下，测试其吸氢量，所得非晶合金的吸氢曲线（PCT曲线）如图5所示。
E.        取该非晶合金条带长60mm，宽1.4mm，厚22μm，置于Zwick万能材料试验机中，进行拉伸试验，初始载荷为0，加载速率为0.5mm/min，测得其应力-应变曲线如图6所示。
根据图1、4所示合金的XRD图谱，可见在2                                               
Figure 102551DEST_PATH_IMAGE002
=32o~50o存在一个典型的非晶衍射包，且其它位置未出现明显的晶体衍射峰，这种宽大的“馒头峰”是典型的非晶X射线的衍射特征，证明通过快速凝固法制备的（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1Mx）2.3~3合金为非晶态。根据图2、5所示合金的吸氢曲线，可以看出在室温下不但总吸氢量达到1.39wt.%（换算成标准状态下吸氢量是：155.68升氢气/kg合金），10分钟内吸气速率可达到28ml*s-1*g-1，具有良好的吸氢行为。根据图3、6所示合金的应力-应变曲线，可以看出该非晶合金还具有较高的抗拉强度和断裂延伸率。因此，通过快淬法制备的（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1Mx）2.3~3非晶态合金，不仅具有良好的吸氢行为还具有优越的力学性能。

Claims (2)

1.  一种具有力学性能的非晶态吸氢合金，其特征在于：该合金的化学式为（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1Mx）2.3~3，式中：M是Co、Cr、Mn、V、Fe、Dy、Er中的一种或两种以上，0.1≤x≤0.3。
2. 根据权利要求1所述的非晶态吸氢合金的制备方法，其特征在于采用如下步骤：
A. 配料：按照化学式（ZrTi）0.5（Ni0.6Cr0.1Mx）2.3~3中的成分及权利要求1所述成分的重量百分比，原材料质量百分比为Zr、Ti和Ni为99.99%，Cr为99.25%，M的质量百分比为≥99.9%；
B. 熔炼：采用真空电弧或真空感应熔炼在氩气保护下熔炼均匀并快速冷却制成晶态合金铸锭；
C. 甩带：将合金铸锭破碎成小的块体6g，再将小的合金块体放入外径14mm，内径11mm的底部带小孔的石英管中，小孔直径为0.6mm，在真空甩带炉中进行甩带，转速为30~45m/s以获得非晶态的吸氢合金。
CN2011103007761A 2011-10-09 2011-10-09 具有力学性能的非晶态吸氢合金及其制备方法 Pending CN102383068A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103007761A CN102383068A (zh) 2011-10-09 2011-10-09 具有力学性能的非晶态吸氢合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103007761A CN102383068A (zh) 2011-10-09 2011-10-09 具有力学性能的非晶态吸氢合金及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102383068A true CN102383068A (zh) 2012-03-21

Family

ID=45822895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011103007761A Pending CN102383068A (zh) 2011-10-09 2011-10-09 具有力学性能的非晶态吸氢合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102383068A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108165824A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 上海大学 一种在超低压环境下无需激活的吸氢合金及其制备方法
CN112836344A (zh) * 2021-01-07 2021-05-25 福州大学 一种间隙原子在高熵合金中的扩散行为的计算方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5135589A (en) * 1990-04-16 1992-08-04 Fetcenko Michael A Metastable hydrogen storage alloy material
CN1664141A (zh) * 2005-03-24 2005-09-07 上海大学 一种钛铁系贮氢合金

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5135589A (en) * 1990-04-16 1992-08-04 Fetcenko Michael A Metastable hydrogen storage alloy material
CN1664141A (zh) * 2005-03-24 2005-09-07 上海大学 一种钛铁系贮氢合金

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108165824A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 上海大学 一种在超低压环境下无需激活的吸氢合金及其制备方法
CN112836344A (zh) * 2021-01-07 2021-05-25 福州大学 一种间隙原子在高熵合金中的扩散行为的计算方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101787501B (zh) 具有拉伸塑性和加工硬化能力的块体金属玻璃复合材料
CN101994030B (zh) 一种低成本高性能ab5型储氢合金及其制备方法
EP3561092A1 (en) Hydrogen storage alloy
CN103695753A (zh) 一种高容量RE-Mg-Ni-Co基贮氢合金及其制备方法
CN109402477A (zh) 屏蔽高剂量γ射线和热中子的铝基复合材料及制备方法
CN101597711A (zh) 一种稀土-镁-过渡金属基储氢合金及其制备方法
JP6948441B1 (ja) 低Ｃｏ水素吸蔵合金粉末
CN106801177B (zh) 一种V-Fe系固溶体型储氢合金及其制备方法
Abdellatief et al. Effects of SnO2 on hydrogen desorption of MgH2
CN110195173A (zh) 一种氢同位素贮存合金及其制备方法
JP6343393B2 (ja) 水素吸蔵合金
CN103177867A (zh) 烧结钕铁硼永磁体的制备方法及装置
CN102383068A (zh) 具有力学性能的非晶态吸氢合金及其制备方法
CN103741004B (zh) CoS2催化的高容量贮氢合金及其制备方法
CN103667836B (zh) MoS2催化的高容量贮氢合金及其制备方法
CN102306756A (zh) 储氢合金粉及其制备方法
EP2554694B1 (en) Hydrogen storage alloy, hydrogen storage alloy electrode, and secondary battery
CN103633339A (zh) 一种纳米CeO2催化的高容量RE-Mg-Ni基贮氢合金及其制备方法
CN107338381B (zh) 燃料电池用石墨烯催化的贮氢合金及其制备方法
CN102181678B (zh) 一种（Fe，Cr）7C3碳化物的制备方法
CN102181751B (zh) 一种低自放电贮氢合金及其制备方法
JP2023057356A (ja) 水素吸蔵合金粉末、これを用いたニッケル水素二次電池用負極及びニッケル水素二次電池
CN105861897A (zh) 一种利用相图设计长寿命Nd-Mg-Ni储氢合金的方法
CN101816915A (zh) 含有非晶的二十面体准晶贮氢合金及其急冷制法
CN102952969A (zh) 大尺寸Zr基准晶材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120321