CN102758101A

CN102758101A - 一种非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金及其制法

Info

Publication number: CN102758101A
Application number: CN2012102786819A
Authority: CN
Inventors: 邓子宁; 徐丹
Original assignee: Nanjing Getters & Electronics Co Ltd
Current assignee: Nanjing Getters & Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: CN102758101B

Abstract

本发明涉及一种吸气剂合金，一种非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金及其制法，其组分及质量百分比为：锆：75－77％，钴：17－19％，镧系稀土：6％－7％，其它不可避免的杂质：0％－0.5％；镧系稀土的组分及质量百分比为：镧60％±5％，钕30％±3％，其余镧系元素10％±1％。本发明吸气剂除了低温激活这一优势外，同时还具备大大超过传统锆基吸气剂的对氢吸气能力，即保证有低的激活温度，又能保证高的吸气性能。

Description

一种非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金及其制法

技术领域

本发明涉及一种吸气剂合金，具体的说是一种非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金及其制法。

背景技术

电光源产品，保温隔热设备，以及类似的需要真空状态的装置中，为保持长期工作的稳定，延长装置使用寿命，需长久的保持装置内具备一定的真空度，因此在这类装置中，都需要使用吸气剂产品。因为随着时间的推移，残存在装置内器件中的气体分子会从器件内缓慢释放，装置外部的气体分子，尤其是较小的氢气分子，也会穿透装置的外壁进入器件内部，两者都会造成装置内的真空度逐渐下降。这些释放或穿透的气体分子若不能被有效清除，整个装置的真空度就会下降，造成装置的不正常工作和寿命缩短。锆基吸气剂正是广泛应用的用于清除吸收这些残存的和穿透产生的气体分子的非蒸散型吸气剂，锆本身具备良好的吸气作用，再加上其他催化元素而形成的合金，使其吸气性能能更好的发挥。锆基吸气剂有个应用共性，就是在作用前必须激活，即在高真空下给合金加一定温度，用以除去锆表面的保护模，这个过程称为激活。经过激活，才能使整个锆基合金体都具备吸气能力。因此根据不同锆基合金，其激活温度也不一样。

传统使用的锆基吸气剂，例如锆铝合金，锆铁合金，锆钒铁合金，尽管这些吸气剂都有较好的吸气性能，但能使他们达到吸气效果的激活温度各不相同，这就使它们的使用条件受到一定的限制。例如，锆铝合金吸气剂的激活温度为900℃，锆铁合金吸气剂的激活温度为700℃，锆钒铁吸气剂的激活温度为500℃。如果低于上述温度，则这些吸气剂的吸气能力将大大下降，甚至衰减50％以下，无法达到使用要求。在一些吸气剂使用领域，由于制造过程和使用环境的限制，需使用激活温度更低的吸气剂，例如电光源产品中的气体放电灯，如果有300℃就能够激活的吸气剂，在生产中就无需进行激活工序，因为灯丝附近的温度就接近或超过300℃，这样可以大大提高电光源的生产效率；再例如，太阳能发电集热管，因为体积庞大，在生产中根本无法激活，但其正常工作中就有300－400℃的温度，必须使用低温激活吸气剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金及其制法，即保证有低的激活温度，又能保证高的吸气性能。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其组分及质量百分比为：锆：75－77％，钴：17－19％，镧系稀土：6％－7％，其它不可避免的杂质：0％－0.5％；镧系稀土的组分及质量百分比为：镧60％±5％，钕30％±3％，其余镧系元素10％±1％。

本发明的合金以锆为最基本元素，锆是最广泛应用的非蒸散型吸气剂合金的主要原料，它本身就具备很好的吸气性能，若再掺入其他元素形成不同的合金，激活性能和吸气性能将会大大提高。本发明掺入的元素是钴和镧系稀土，其中，钴是主要掺入元素，它能与锆形成金属间化合物ZrCo，它们与氢及其同位素分子的反应如下：2ZrCo＋H2＝2ZrCoH；2ZrCo＋D2＝2ZrCoD；2ZrCo＋T2＝2ZrT，这就保证本发明的合金对氢的吸气能力能优于传统锆基吸气合金；而镧系元素的少量掺入，是为了更好的洁净合金的晶体界面，使合金吸气的效率更高，速度更快，达到一种催化的作用。

本发明吸气剂除了低温激活这一优势外，同时还具备大大超过传统锆基吸气剂的对氢吸气能力，即保证有低的激活温度，又能保证高的吸气性能。

本发明吸气剂合金的制备方法，将各组分按配比配好后，在真空条件下，在中频真空熔炼炉中熔炼，当真空度值小于3×10^－1Pa开始加温熔炼，熔炼温度1900℃－2000℃，当材料完全熔化成液态后，再冷却形成吸气剂合金。

本发明吸气剂合金制备吸气剂的方法，将吸气剂合金粉碎成小于30mm见方的碎粒，投入球磨机，球磨成粉状，用筛网过滤，以保证粉末直径为50微米－100微米，将该粉末压制成型或压制涂膜在金属载体上，形成吸气剂产品。

本发明吸气剂的激活方法，其激活温度为300-500℃，最低可达到300℃。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其组分及质量百分比为：锆：75.2％，钴：18％，镧系稀土：6.6％，其它不可避免的杂质：0.2％；所述镧系稀土的组分及质量百分比为：镧：60.5％，钕：29.5％，其余镧系元素：10％。

前述的非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其组分及质量百分比为：锆：75.9％，钴：17.7％，镧系稀土：6.2％，其它不可避免的杂质：0.2％；所述镧系稀土的组分及质量百分比为：镧：60％，钕：30％，其余镧系元素：10％。

前述的非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其组分及质量百分比为：锆：76.4％，钴：17％，镧系稀土：6.4％，其它不可避免的杂质：0.2％；所述镧系稀土的组分及质量百分比为：镧：59.5％，钕：30.5％，其余镧系元素：10％。

本发明的试作与验证：按本发明的配方和制法熔炼出锆钴稀土合金锭子，按上述吸气剂产品制法制成含合金粉100mg的该吸气剂产品，在吸气剂产品吸气性能测试系统中，利用定压法，测试该产品的吸气性能，绘制吸气性能曲线。同时，按同等条件，分别利用传统配方制法制出锆铝合金，锆铁合金，锆钒铁合金，再将这些合金制成的同形状，同重量的吸气剂产品，在同一测试系统上采用同样测试条件（包括激活温度和时长）进行测试，绘制出各自的吸气性能曲线，这样就可以清晰地对比本发明合金和传统合金吸气性能在相同激活温度下，它们之间的差异和优劣。测试把四种合金进行两组比较，第一组激活温度都为300℃，结果如图1所示；第二组激活温度为500℃，结果如图2所示。

图表注释：

S―――吸气速率，单位为毫升/秒；

∑C――吸气总量，单位为托*毫升；

图1和图2是吸气剂的吸气速率相对于吸气总量的对数坐标图，这是标准的表征吸气剂吸气能力的曲线。每种吸气剂样品在测试数据转化后，都会得到一根相应的曲线，该曲线会随着吸气总量的增加，吸气速率会逐渐下降。曲线的位置越在上部，曲线的下降趋势越平缓，说明在一定的吸气总量下，该吸气剂能够维持的吸气速率越高，即吸气能力越强；

图1中，从上至下的排列的曲线依次为锆钴稀土合金，锆钒铁合金，锆铁合金，锆铝合金金；

图2中，从上至下的排列的曲线依次为锆钴稀土合金，锆钒铁合金，锆铁合金，锆铝合金金；

根据图1显示结论：在同一的测试条件下（吸气剂有效质量为100mg，激活条件为300℃/10min，试验气体为氢气，测试温度为25℃，恒定端压强为4.5×10－4Pa），四种合金的吸气性能有明显的不同，其中，本发明锆钴稀土合金吸气性能为最好，锆钒铁合金次之，锆铁合金和锆铝合金则吸气性能差距明显。在吸气总量为1torr ml的条件下，锆钴稀土合金的吸气速率为750ml/s, 而锆钒铁合金，锆铁合金和锆铝合金分别为：500ml/s，200ml/s和100ml/s，可以说明，在300℃低温激活条件下，本发明的锆钴稀土合金的吸气性能要远远大于其他三种传统合金。

根据图2显示结论：在其他测试条件不变，激活温度由300℃提高到500℃后，四种合金的吸气能力的排序没有差别，依次是锆钴稀土合金，锆钒铁合金，锆铁合金和锆铝合金，但各自的吸气能力都有所上升，在吸气总量为1torr ml的条件下，锆钴稀土合金的吸气速率为900ml/s, 而锆钒铁合金，锆铁合金和锆铝合金分别为：600ml/s，250ml/s和150ml/s。说明随着激活温度的提高，本发明的锆钴稀土合金，对吸气能力的提升也是最为明显的。

综上所述，经过上述试验测试验证，本发明锆钴稀土吸气剂合金，比传统吸气剂合金具有更低的激活温度，并在此条件下具备更强的吸气能力。

附图说明

图1为激活温度300℃本发明与传统的合金吸气剂吸气能力曲线对比图。

图2为激活温度500℃本发明与传统的合金吸气剂吸气能力曲线对比图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其组分及质量百分比为：锆：75.2％，钴：18％，镧系稀土：6.6％，其它不可避免的杂质：0.2％；所述镧系稀土的组分及质量百分比为：镧：60.5％，钕：29.5％，其余镧系元素：10％。

吸气剂合金制造工艺：将上述3种金属元素材料单质，破碎成不大于30mm见方的碎块，按照上述比例置于中频真空熔炼炉的石墨坩锅内，当真空度值小于3×10^－1Pa，开始加温熔炼，熔炼温度1950℃。当材料完全熔化成液态后，维持状态继续均匀化若干时间，完成后浇入冷却模，待完全冷却后从炉体中取出，即为合金锭子。

吸气剂产品制造工艺：将上述锭子，粉碎成小于30mm见方的碎粒，投入球磨机，在保护气体的状态下，球磨成粉状，用筛网过滤，以保证粉末直径75微米，将该粉末压制成型或压制涂膜在金属载体上，最终形成本发明之吸气剂产品而应用于真空装置中。

吸气剂的激活方法，其激活温度最低为300℃。

实施例2

本实施例提供一种非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其组分及质量百分比为：锆：75.9％，钴：17.7％，镧系稀土：6.2％，其它不可避免的杂质：0.2％；所述镧系稀土的组分及质量百分比为：镧：60％，钕：30％，其余镧系元素：10％。

吸气剂的激活方法，其激活温度最低为320℃。

实施例3

本实施例提供一种非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其组分及质量百分比为：锆：76.4％，钴：17％，镧系稀土：6.4％，其它不可避免的杂质：0.2％；所述镧系稀土的组分及质量百分比为：镧：59.5％，钕：30.5％，其余镧系元素：10％。

吸气剂产品制造工艺：将上述锭子，粉碎成小于30mm见方的碎粒，投入球磨机，在保护气体的状态下，球磨成粉状，用筛网过滤，以保证粉末直径750微米，将该粉末压制成型或压制涂膜在金属载体上，最终形成本发明之吸气剂产品而应用于真空装置中。

吸气剂的激活方法，其激活温度最低为330℃。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其特征在于：

其组分及质量百分比为：锆：75－77％，钴：17－19％，镧系稀土：6％－7％，其它不可避免的杂质：0％－0.5％；

所述镧系稀土的组分及质量百分比为：镧：60％±5％，钕：30％±3％，其余镧系元素：10％±1％。

2.如权利要求1所述的非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其特征在于：其组分及质量百分比为：锆：75.2％，钴：18％，镧系稀土：6.6％，其它不可避免的杂质：0.2％；所述镧系稀土的组分及质量百分比为：镧：60.5％，钕：29.5％，其余镧系元素：10％。

3.如权利要求1所述的非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其特征在于：其组分及质量百分比为：锆：75.9％，钴：17.7％，镧系稀土：6.2％，其它不可避免的杂质：0.2％；所述镧系稀土的组分及质量百分比为：镧：60％，钕：30％，其余镧系元素：10％。

4.如权利要求1所述的非蒸散型低温激活锆基吸气剂合金，其特征在于：其组分及质量百分比为：锆：76.4％，钴：17％，镧系稀土：6.4％，其它不可避免的杂质：0.2％；所述镧系稀土的组分及质量百分比为：镧：59.5％，钕：30.5％，其余镧系元素：10％。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述吸气剂合金的制备方法，其特征在于：将各组分按配比配好后，在真空条件下，在中频真空熔炼炉中熔炼，当真空度值小于3×10^－1Pa开始加温熔炼，熔炼温度1900℃－2000℃，当材料完全熔化成液态后，再冷却形成吸气剂合金。

6.用如权利要求5所述吸气剂合金制备吸气剂的方法，其特征在于：将吸气剂合金粉碎成小于30mm见方的碎粒，投入球磨机，球磨成粉状，用筛网过滤，以保证粉末直径为50微米－100微米，将该粉末压制成型或压制涂膜在金属载体上，形成吸气剂产品。

7.如权利要求6所述吸气剂的激活方法，其特征在于：其激活温度为300～500℃。