CN108193113B - 一种纳米限域富镁合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纳米限域富镁合金的制备方法，选取镁为90at.％，铈为1‑9at.％，其余为镍粉；通过压片机将镍预压成片；将石墨坩埚预热到100～200℃，将镁锭的成分加入到坩埚中，升温到550～600℃，用镁合金熔炼保护剂覆盖，然后升温到790～810℃，将铈锭投入温度为790～810℃的镁金属液中得到合金熔体；将合金熔体升温到820～850℃，将压制的镍片投入温度为820～850℃的合金熔体得到Mg‑Ni‑Ce合金熔体；将合金熔体升温至880～900℃保温，待镍片全部熔化，将泡沫钛放入到的合金熔体中，取出泡沫钛在室温下冷却得到纳米限域富镁合金，本发明提高镁合金的收得率、提升镁合金的品质。

Description

一种纳米限域富镁合金的制备方法
技术领域
本发明涉及储氢合金材料技术领域，特别涉及一种纳米限域富镁合金的制备方法。
背景技术
人类生产活动和社会活动的发展也推动着能源的发展，能源从最初的煤炭到石油再到天然气，碳氢比逐渐降低。地球的环境污染，资源匮乏，导致世界各国不得不开始研发新型能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物能，但这些新型能源遇到制取受地理环境限制，储存和携带都不方便等问题。相对于这些新型能源，氢制取途径多，燃烧值高，后续产物无污染。氢能系统包括三方面：制取、储存和使用。要实现氢能大规模的使用，安全高效的储存氢气是亟待解决的关键问题之一。
目前阶段储氢的主要手段有高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢三种方式。气态与液态储氢耗能高、容器笨重、不便、安全系数低，储氢密度低无法应用于新型产业。固态储氢主要以金属间氢化物为主，但在已发现的储氢合金中，如稀土系储氢合金、锆系储氢合金、钒系储氢合金、钛系储氢合金、镁系储氢合金，由于储氢量、动力学、热力学等方面的问题，都不能满足氢能发展的需要。
近些年来，由于金属氢化物MgH2具有较高的储氢容量(7.5wt％的质量储氢容量、110kg/m3的体积储氢容量)、较好的循环性能、价格低廉等众多优点被广泛研究。但镁作为储氢材料存在吸放氢速率慢，动力学性能差，氢化物稳定，放氢温度高，循环寿命差等缺点，导致其发展缓慢。
对于上述问题人们主要从向金属氢化物添加催化剂，金属氢化物合金化，纳米结构等方面去解决现有的问题。这些解决手段都是单一的从某一方面去解决一个问题，且对于储氢材料的循环稳定性关注较少。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种纳米限域富镁合金的制备方法，该储氢材料为Mg-Ni-Ce在泡沫钛中生长，制备工艺简单、原料成本低、反应条件容易控制，由于“纳米限域”很好的抑制了Mg-Ni-Ce三元富镁合金的生长，使得Mg的吸放氢动力学和吸放氢热力学，活化及循环特性将显著提高，循环稳定性显著提高，提高镁合金的收得率、提升镁合金产品的品质。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种纳米限域富镁合金，包括包括为Mg-Ni-Ce合金，镁含量为90at.％，铈含量为1-9at.％，其余为镍。
一种纳米限域富镁合金的方法，步骤如下：
1、制备富镁合金熔体：
1)选取镁锭、铈锭和镍粉，按照所要制备的配比进行称量，包括Mg-Ni-Ce合金，镁含量为90at.％，铈含量为1-9at.％，其余为镍；通过压片机将镍粉预压成片；
2)熔炼前处理，将石墨坩埚预热到100～200℃，将镁锭的成分加入到坩埚中，然后预热5～10min；
3)熔炼，将步骤2)的镁锭的成份加入石墨坩埚中，升温到550～600℃，用镁合金熔炼保护剂覆盖，然后升温到790～810℃，保持5～10min；将铈锭投入温度为790～810℃的镁金属液中，搅拌均匀，得到合金熔体；
4)将步骤3)中得到合金熔体升温到820～850℃，保持5～10min，将压制的镍片投入温度为820～850℃的合金熔体，搅拌均匀，得到Mg-Ni-Ce合金熔体；
5)将Mg-Ni-Ce合金熔体升温至880～900℃，并保温15min，保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化；
2、得到的富镁合金熔体进行限域处理：
将孔径30～80μm的泡沫钛放入到步骤5)保温后的Mg-Ni-Ce合金熔体中，保温5～10min，取出泡沫钛用液氦降温，得到纳米限域富镁合金。
所述的压片机压力为1.5MPa，保压时间为10s。
所述的镁合金熔炼保护剂为RJ-2镁合金熔炼覆盖保护剂。
本发明的有益效果是：
本发明在镁合金熔炼过程中，镁锭熔化后炉料的分批次加入方式，避免了镁合金熔炼过程中的氧化烧损和氧化物夹杂的产生，解决传统熔剂保护工艺中存在的镁合金氧化烧损严重和氧化物夹杂含量较高的问题，提高镁合金的收得率、提升镁合金产品的品质。得到的镁合金几乎不出现氧化夹杂，熔剂夹杂也很少。采用纳米限域的方式得到的富镁合金在储氢的时候，可以很好的抑制吸放氢过程中颗粒的团聚长大及过度粉化，改善传质传热，提高热动力学特性及循环稳定性。
采用RJ-2镁合金熔炼覆盖保护剂做保护，使得氧化率降低。
具体实施方式
下面结合实施例作详细叙述。
本实施例一种纳米限域富镁合金的制备方法，其特点在于，对储氢富镁三元合金进行纳米限域。
实施例1
1、制备富镁合金熔体：
1)选取镁锭、铈锭和镍粉，按照所要制备的配比进行称量。包括Mg-Ni-Ce合金，镁含量为90at.％，铈含量为1-9at.％，其余为镍。本实施例中，镁含量为90at.％，铈的添加量为1at.％，其余为镍。通过压片机将镍粉预压成片，压片机压力为1.5MPa，保压时间为10s。
2)熔炼前处理，将石墨坩埚预热到100℃，将镁锭的成分加入到石墨坩埚中，然后预热5min；
3)熔炼，将步骤2)的镁锭的成份加入熔化炉中，升温到550℃，用镁合金熔炼保护剂覆盖，然后升温到790℃，保持5min；将铈锭投入温度为790℃的镁金属液中，搅拌均匀，得到合金熔体；
4)将步骤3)中得到合金熔体升温到820℃，保持5min，将压制的镍片投入温度为820℃的合金熔体，搅拌均匀，得到Mg-Ni-Ce合金熔体。
5)将合金熔体升温至880℃，并保温15min。保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化。
2、得到的富镁合金熔体进行限域处理：
将孔径30～80μm的泡沫钛放入到步骤5)合金熔体中，本实施例中采用的是30μm的泡沫钛，保温5min，取出泡沫钛用液氦降温。
实施例2
1、制备富镁合金熔体：
1)选取镁锭、铈锭和镍粉，按照所要制备的配比进行称量。包括Mg-Ni-Ce合金，镁含量为90at.％，铈含量为1-9at.％，其余为镍。本实施例中，镁含量为90at.％，铈的添加量为5at.％，其余为镍。通过压片机将镍粉预压成片，压片机压力为1.5MPa，保压时间为10s。
2)熔炼前处理，将石墨坩埚预热到150℃，将镁锭的成分加入到坩埚中，然后预热8min；
3)熔炼，将步骤2)的镁锭的成份加入熔化炉中，升温到580℃，用镁合金熔炼保护剂覆盖，然后升温到800℃，保持8min；将铈锭投入温度为800℃的镁金属液中，搅拌均匀，得到合金熔体；
4)将步骤3)中得到合金熔体升温到830℃，保持8min，将压制的镍片投入温度为830℃的合金熔体，搅拌均匀，得到Mg-Ni-Ce合金熔体。
5)将合金熔体升温至890℃，并保温15min。保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化。
2、得到的富镁合金熔体进行限域处理：
将孔径30～80μm的泡沫钛放入到步骤5)合金熔体中，本实施例中采用的是50μm的泡沫钛，保温5～10min，取出泡沫钛用液氦降温。
实施例3
1、制备富镁合金熔体
1)选取镁锭、铈锭和镍粉，按照所要制备的配比进行称量。包括Mg-Ni-Ce合金，镁含量为90at.％，铈含量为1-9at.％，其余为镍。本实施例中，镁含量为90at.％，铈的添加量为9at.％，其余为镍。通过压片机将镍粉预压成片，压片机压力为1.5MPa，保压时间为10s。
2)熔炼前处理，将石墨坩埚预热到200℃，将镁锭的成分加入到坩埚中，然后预热10min；
3)熔炼，将步骤2)的镁锭的成份加入熔化炉中，升温到600℃，用镁合金熔炼保护剂覆盖，然后升温到810℃，保持10min；将镧锭投入温度为810℃的镁金属液中，搅拌均匀，得到合金熔体；
4)将步骤3)中得到合金熔体升温到850℃，保持10min，将压制的镍片投入温度为850℃的合金熔体，搅拌均匀，得到Mg-Ni-Ce合金熔体。
5)将合金熔体升温至900℃，并保温15min。保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化。
2、得到的富镁合金熔体进行限域处理：
将孔径30～80μm的泡沫钛放入到步骤5)的合金熔体中，本实施例中采用的是80μm的泡沫钛，保温10min，取出泡沫钛用液氦降温。

Claims (3)

1.一种纳米限域富镁合金的方法，其特征在于，步骤如下：
（ 1） 制备富镁合金熔体：
1)选取镁锭、铈锭和镍粉，按照所要制备的配比进行称量，包括Mg-Ni-Ce合金，镁含量为90at.％，铈含量为1-9at.％，其余为镍；通过压片机将镍粉预压成片；
2)熔炼前处理，将石墨坩埚预热到100～200℃，将镁锭的成分加入到坩埚中，然后预热5～10min；
3)熔炼，将步骤2)的镁锭的成份加入石墨坩埚中，升温到550～600℃，用镁合金熔炼保护剂覆盖，然后升温到790～810℃，保持5～10min；将铈锭投入温度为790～810℃的镁金属液中，搅拌均匀，得到合金熔体；
4)将步骤3)中得到合金熔体升温到820～850℃，保持5～10min，将压制的镍片投入温度为820～850℃的合金熔体，搅拌均匀，得到Mg-Ni-Ce合金熔体；
5)将Mg-Ni-Ce合金熔体升温至880～900℃，并保温15min，保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化；
（ 2） 得到的富镁合金熔体进行限域处理：
将孔径30～80μm的泡沫钛放入到步骤5)保温后的Mg-Ni-Ce合金熔体中，保温5～10min，取出泡沫钛在室温下冷却，得到纳米限域富镁合金。
2.根据权利要求1所述的一种纳米限域富镁合金的方法，其特征在于，所述的步骤1)中压片机压力为1.5MPa，保压时间为10s。
3.根据权利要求1所述的一种纳米限域富镁合金的方法，其特征在于，所述的镁合金熔炼保护剂为RJ-2镁合金熔炼覆盖保护剂。
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