CN108315617B - 一种可控溶解富镁合金的两步法制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种可控溶解富镁合金的两步法制备方法，按照镁、镧含量为90at.％、1‑9at.％，其余为镍进行配比称量，通过压片机将镍粉预压成片；将石墨坩埚预热，将镁锭的成分加入到坩埚中预热；将镁锭的成份加入熔化炉中升温，用镁合金熔炼保护剂覆盖，然后升温到920～930℃；将镧锭投入镁金属液中得到合金熔体；将合金熔体升温到930～950℃，将镍片投入合金熔体得到合金熔体；将合金熔体升温至950～980℃并保温，保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化后浇铸到提前预热处理至200℃的石墨模具中；在温度为630℃进行保温得到可控溶解富镁合金，本发明具有提高镁合金的收得率、提升镁合金产品的品质的特点。

Description

一种可控溶解富镁合金的两步法制备方法
技术领域
本发明涉及制氢合金材料技术领域，特别涉及一种可控溶解富镁合金的两步法制备方法。
背景技术
随着地球资源的枯竭以及环境的恶化，全球各国以及各行的科学家都在研发各种新能源，例如太阳能、风能、地热能、潮汐能、核能、生物能、光能等新型能源，但是这些新型能源不像石油和天然气具有制取不受地域限制，可储存，方便携带等特点。而在开发过程中存在高成本等问题，从而限制了他们在能源市场进一步的发展。对比其他新能源氢具有高的燃烧值(是煤炭的大约3倍)，后续产生的燃烧产物无污染等优点。因此氢受到世界各国科学家的重视，但氢能源在制备、存储、运输等方便存在安全性、不可持续性等问题，从而限制了它的进一步发展。
现阶段产氢主要有电解水制氢、水煤气制氢、光化学分解水制氢等。电解水制氢转换效率还是较低，产氢成本很高；水煤气制氢氢气纯度较低光；化学分解水制氢光解效率不高、价格昂贵、性能不稳定。储存氢主要采取气态高压储氢、液态低温储氢以及固态储氢。气态高压储氢不能适应新型行业，运输不安全；低温液态储氢储罐要求高，低温成本高；固态储氢现阶段技术尚不成熟。氢能源的发展受到上述问题的制约。
Li、Na、La等碱金属能在常温下直接与水反应生成H2，但是，这些碱金属价格昂贵，反应过于剧烈难于控制，而且反应后副产物的碱性较强，反应产物很难处理，对环境造成了严重的污染。Al碱反应制氢技术是一种简便易行的制备方法。但是，NaOH的腐蚀性很强，使用过程中的安全性问题需要引起足够的重视。因此，上述这些金属产氢不是最优选择。
在轻质金属及氢化物中，镁基材料因为理论制氢量高(Mg8.2％，MgH215.2％)、易于储存、反应条件温和、安全性高、副产物无污染等优点及具发展潜力。但是镁合金存在水解制氢动力学缓慢、水解温度过高等缺点，严重制约了该类合金水解制氢的实际应用。
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可控溶解富镁合金的两步法制备方法，通过熔炼覆盖保护剂保护熔炼，可有效隔绝活性气体分子，可以有效阻止在高温下与空气中的氧发生氧化反应；通过添加其他元素，可以形成第二相，从只有化学腐蚀到电化学腐蚀的加入，可以加速水解反应过程以及改善水解特性。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。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可控溶解富镁合金，为Mg-Ni-La合金，镁含量为90at.％，镧含量为1-9at.％，其余为镍。
一种可控溶解富镁合金的两步法制备方法，包括以下步骤；
步骤A：制备富镁合金铸锭：
步骤一；选取镁锭、镧锭和镍粉，按照镁含量为90at.％，镧含量为1-9at.％，其余为镍进行配比称量，通过压片机将镍粉预压成片；
步骤二；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；
步骤三；熔炼，将步骤二的镁锭的成份加入熔化炉中，升温到550～600℃，用镁合金熔炼保护剂覆盖，然后升温到920～930℃，保持5～10min；将镧锭投入温度为920～930℃的镁金属液中，搅拌均匀，得到合金熔体；
步骤四；将步骤三中得到的合金熔体升温到930～950℃，保持5～10min，将压制的步骤一中得到的镍片投入温度为930～950℃的合金熔体，搅拌均匀，得到Mg-Ni-La合金熔体；
将合金熔体升温至950～980℃，并保温15min，保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化后浇铸到提前预热处理至200℃的石墨模具中，空冷至室温，得到合金铸锭；
步骤B：对得到的富镁合金进行热处理
将步骤A中得到的合金铸锭切割后备用，在温度为630℃条件下进行保温1200min，得到可控溶解富镁合金。
所述的步骤一中压片机压力为1.5MPa，保压时间为15s。
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。采用热处理的方式得到更多的相，同时控制合金元素的含量可以使得实现合金基体不同数量、不同形态、不同种类第二相的析出，从而使水解制氢机制由化学腐蚀到电化学腐蚀，从点蚀到均匀全面腐蚀转变，通过控制原电池的种类、数量、分布等实现富镁三元镁合金可控水解制氢。
采用RJ-2镁合金熔炼覆盖保护剂做保护，使得镁合金被氧化率低于≤0.02％。
具体实施方式
下面结合实施例作详细叙述。
本实施例一种可控溶解镁合金基其制备方法，其特点在于，两步法熔剂覆盖保护熔炼及富镁合金微结构调控后的可控溶解控制。
实施例1
1、制备富镁合金铸锭
1)选取镁锭、镧锭和镍粉，按照所要制备的配比进行称量。其中镁含量为90at.％，镧含量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15s。
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920℃，保持5min；将镧锭投入温度为920℃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930℃，保持5min，将压制的镍片投入温度为930℃的合金熔体，搅拌均匀，得到Mg-Ni-La合金熔体。
5)将合金熔体升温至950℃，并保温15min。保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化后浇铸到提前预热处理至200℃的石墨模具中。空冷至室温，得到合金铸锭。
2、对得到的富镁合金进行热处理
将步骤1中得到的合金铸锭切割后备用，在温度为630℃的条件下进行保温1200min。
实施例2
1、制备富镁合金铸锭
1)选取镁锭、镧锭和镍粉，按照所要制备的配比进行称量。其中镁含量为90at.％，镧含量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15s。
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925℃，保持8min；将镧锭投入温度为925℃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940℃，保持8min，将压制的镍片投入温度为940℃的合金熔体，搅拌均匀，得到Mg-Ni-La合金熔体。
5)将合金熔体升温至960℃，并保温15min。保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化后浇铸到提前预热处理至200℃的石墨模具中。空冷至室温，得到合金铸锭。
2、对得到的富镁合金进行热处理
将步骤1中得到的合金铸锭切割后备用，在温度为630℃的条件下进行保温1200min。
实施例3
1、制备富镁合金铸锭
1)选取镁锭、镧锭和镍粉，按照所要制备的配比进行称量。其中镁含量为90at.％，镧含量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15s。
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930℃，保持10min；将镧锭投入温度为930℃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950℃，保持10min，将压制的镍片投入温度为950℃的合金熔体，搅拌均匀，得到Mg-Ni-La合金熔体。
5)将合金熔体升温至980℃，并保温15min。保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化后浇铸到提前预热处理至200℃的石墨模具中。空冷至室温，得到合金铸锭。
2、对得到的富镁合金进行热处理
将步骤1中得到的合金铸锭切割后备用，在温度为630℃的条件下进行保温1200min。
镁合金的熔炼不同于钢铁、铝等常用结构材料，因为镁化学活性高，在高温下极易与空气中的氧发生氧化反应，甚至燃烧、爆炸，使其熔炼过程比较困难，在熔炼过程中需要防止氧化、燃烧的保护工艺。
通过使用多元合金，调节基体镁相的电化学活性，或形成第二相，与基体形成原电池腐蚀，加速水解过程，改善水解特性。通过控制合金化元素的添加量控制固溶或第二相形成、第二相种类、大小、数量、分布等控制合金体系的水解制氢过程。

Claims (3)

1.一种可控溶解富镁合金的两步法制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤A：制备富镁合金铸锭：
步骤一；选取镁锭、镧锭和镍粉，按照镁含量为90at.％，镧含量为1-9at.％，其余为镍进行配比称量，通过压片机将镍粉预压成片；
步骤二；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；
步骤三；熔炼，将步骤二的镁锭的成份加入熔化炉中，升温到550～600℃，用镁合金熔炼保护剂覆盖，然后升温到920～930℃，保持5～10min；将镧锭投入温度为920～930℃的镁金属液中，搅拌均匀，得到合金熔体；
步骤四；将步骤三中得到的合金熔体升温到930～950℃，保持5～10min，将压制的步骤一中得到的镍片投入温度为930～950℃的合金熔体，搅拌均匀，得到Mg-Ni-La合金熔体；
将合金熔体升温至950～980℃，并保温15min，保温过程中对合金熔体搅拌，待镍片全部熔化后浇铸到提前预热处理至200℃的石墨模具中，空冷至室温，得到合金铸锭；
步骤B：对得到的富镁合金进行热处理
将步骤A中得到的合金铸锭切割后备用，在温度为630℃条件下进行保温1200min，得到可控溶解富镁合金。
2.根据权利要求1所述的一种可控溶解富镁合金的两步法制备方法，其特征在于，所述的步骤一中压片机压力为1.5MPa，保压时间为15s。
3.根据权利要求1所述的一种可控溶解富镁合金的两步法制备方法，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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