CN109913672A - 利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法 - Google Patents

利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109913672A
CN109913672A CN201711336020.6A CN201711336020A CN109913672A CN 109913672 A CN109913672 A CN 109913672A CN 201711336020 A CN201711336020 A CN 201711336020A CN 109913672 A CN109913672 A CN 109913672A
Authority
CN
China
Prior art keywords
purity
hydrogen
bearing alloy
melting
alloy
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
CN201711336020.6A
Other languages
English (en)
Inventor
武媛方
王树茂
李志念
郭秀梅
蒋利军
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.)
GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
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 Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals filed Critical Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority to CN201711336020.6A priority Critical patent/CN109913672A/zh
Publication of CN109913672A publication Critical patent/CN109913672A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法，包括如下步骤：(1)将配好的储氢合金纯金属原材料和钛锭放置于高真空电弧熔炼炉中，抽真空；(2)向真空腔室中充入高纯氩气洗气并熔炼，首先熔炼金属钛锭，然后缓慢融化合金原料，多次翻转样品，获得均匀稀土储氢合金；3)置换氩气氛围，向腔室中通入氢气和氩气的混合气体，缓慢移动电极至样品上方，熔炼并搅拌合金；(4)迅速置换炉内气氛，充入高纯氩气，翻转样品至熔炼均匀，待样品完全冷却后取出，得到高纯稀土储氢合金。本发明工艺简单，制备速度快，除杂效果明显，可以广泛用于制备高纯稀土储氢合金，在氢同位素储存、释放等方面具有重要的应用价值。

Description

利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法
技术领域
本发明涉及一种高纯稀土储氢合金的制备方法，具体涉及在电弧熔炼技术基础上添加还原氢气氛来制备高纯稀土储氢合金的方法。
背景技术
储氢合金可在常温常压下快速储存和释放氢同位素，具有体积储氢密度高、安全高效的特点，其中稀土储氢合金在镍氢电池、氢同位素安全储存等方面发挥着重要作用。然而在氢同位素储放应用中发现，由于储氢合金中存在C、N等间隙杂质元素，在合金放氢尤其是高温热解析氢时，杂质元素会以CH4、NH3等形式释放，从而影响氢同位素的释放纯度。因此，制备高纯稀土储氢合金对于提高合金的利用效率、保证氢同位素的品质意义重大。
采用高纯金属原料制备储氢合金能够有效减少合金中的杂质含量，但高纯金属成本较高且部分纯金属尤其是稀土纯金属提纯技术有限，不可避免的将原料中的杂质带入合金。现阶段稀土储氢合金熔炼一般采用真空电弧炉或感应炉制备，能够基本实现合金的无污染制备，即不引入新的杂质。但对于稀土储氢合金的进一步提纯目前尚没有相关报导。
发明内容
本发明的目的在于针对稀土储氢合金的特点，提供一种利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法。该方法制备过程简单经济，产品率高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法，该方法包括如下步骤：
(1)将配好的储氢合金纯金属原材料和钛锭放置于高真空电弧熔炼炉中，抽真空；
(2)向真空腔室中充入高纯氩气洗气并熔炼，首先熔炼金属钛锭，然后缓慢融化合金原料，多次翻转样品，获得均匀稀土储氢合金；
(3)置换氩气氛围，向腔室中通入氢气和氩气的混合气体，缓慢移动电极至样品上方，熔炼并搅拌合金；
(4)迅速置换炉内气氛，充入高纯氩气，翻转样品至熔炼均匀，待样品完全冷却后取出，得到高纯稀土储氢合金。
优选地，在步骤(1)中，所述纯金属原材料和钛的纯度均高于99.7％；电弧炉真空度高于10-5Pa。
优选地，在步骤(2)和(4)中，所述高纯氩气的纯度高于99.999％；氩气作为唯一等离子体源产生等离子体。
优选地，在步骤(3)中，氩气和氢气的纯度均高于99.999％；氢气和氩气的混合气体中氢气的体积百分百比不高于20％；氩气和氢气同时作为等离子体源。
在步骤(2)中，首先熔炼钛金属可起到纯化腔室气氛围的作用，融化合金时氩气氛围熔炼过程也起到一定的除杂作用。在步骤(4)中，迅速置换炉内气氛是为了避免储氢合金大量吸氢，并去除步骤(3)储氢合金中固溶进入的大量氢元素。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明将适量氢加入到等离子体电弧熔炼中，利用储氢合金易于吸氢的特性以及氢原子在高温下极强的还原性实现对稀土储氢合金的纯化作用，该方法工艺简单，除杂效果明显。部分氢气分子在高温时解离成氢原子，处于激发态的氢原子可以过饱和的溶入熔融金属中，又可以从基体释放，氢的这种溶入-释放过程可以促进还原性极强的氢原子与基体中杂质C、N等元素瞬间结合，最终以CH4、NH3等形式挥发除去。
本发明的方法在实验过程中加入的氢气体积百分比不高于20％，并且在氢气氛提纯完成后迅速置换炉内气氛，不但不会发生合金氢化反应而粉化，而且能有效的利用氢气的还原性起到明显的除杂效果。同时，整个实验过程在同一反应容器中，操作方便，避免了复杂的制备和提纯过程带来的污染，最终获得高纯稀土储氢合金。
本发明工艺简单，制备速度快，除杂效果明显，可以广泛用于制备高纯稀土储氢合金，在氢同位素储存、释放等方面具有重要的应用价值。
附图说明
图1实施例1、2、3制备后样品中的C含量变化图。
图2实施例1、2、3制备后样品中的N含量变化图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1
高纯氩气(Ar)氛围制备LaNi5稀土储氢合金
(1)配料：取纯金属La，用刚刷打磨表面至光亮，取金属Ni，按照LaNi5合金化学力量比配制50g原料。
(2)电弧熔炼：采用真空非自耗等离子体电弧熔炼炉，将准备好的样品原料放置于水冷铜坩埚中，抽真空至5.2*10-3Pa，通入高纯氩气洗气，再次抽真空至3.4*10-3Pa，通入高纯氩气至表压-0.02MPa。缓慢加大熔炼电流至250A，翻转3次，熔炼10min，待铸锭彻底冷却(约15min)后出炉。
(3)杂质含量测试：出炉后的样品在氩气氛围下机械破碎，取芯部样品进行杂质C含量分析，分析结果如表1所示，在纯氩气氛围中熔炼10min后样品中碳含量为198ppm，N含量78ppm，相比较原料中C含量(按照金属镧、镍化学计量比加权计算值C：203ppm，N：80ppm)，没有明显降低，证明单纯用氩气熔炼LaNi5合金没有除C、N作用。
表1
样品状态 C含量/ppm N含量/ppm
原料 203 80
Ar熔炼后 198 78
实施例2
Ar+10％H2氛围制备高纯LaNi5稀土储氢合金
(1)配料：取纯金属La，用刚刷打磨表面至光亮，取金属Ni，按照LaNi5合金化学力量比配制50g原料。
(2)电弧熔炼：采用真空非自耗等离子体电弧熔炼炉，将准备好的样品原料放置于水冷铜坩埚中，抽真空至5.1*10-3Pa，通入高纯氩气洗气，再次抽真空至3.2*10-3Pa，通入高纯氩气至表压-0.02MPa。缓慢加大熔炼电流至250A，翻转2次，熔炼2min；其次置换氩气氛围，向腔室中通入Ar+10％H2至表压-0.02MPa，翻转3次，熔炼10min；最后再次置换为氩气氛围，翻转2次，熔炼5min，待铸锭彻底冷却(约15min)后出炉。
(3)杂质含量测试：出炉后的样品在氩气氛围下机械破碎，取芯部样品进行杂质C含量分析，分析结果如表2所示，在Ar+10％H2氛围中熔炼10min后样品中碳含量为99ppm，N含量38ppm，相比较原料中C含量(按照金属镧、镍化学计量比加权计算值C：203ppm，N：80ppm)显著降低。
表2
样品状态 C含量/ppm N含量/ppm
原料 203 80
Ar+10％H<sub>2</sub>提纯后 99 38
实施例3
Ar+20％H2氛围制备高纯LaNi5稀土储氢合金
(1)配料：取纯金属La，用刚刷打磨表面至光亮，取金属Ni，按照LaNi5合金化学力量比配制50g原料。
(2)电弧熔炼：采用真空非自耗等离子体电弧熔炼炉，将准备好的样品原料放置于水冷铜坩埚中，抽真空至5.2*10-3Pa，通入高纯氩气洗气，再次抽真空至3.0*10-3Pa，通入高纯氩气至表压-0.02MPa。缓慢加大熔炼电流至250A，翻转2次，熔炼2min；其次置换氩气氛围，向腔室中通入Ar+20％H2至表压-0.02MPa，翻转3次，熔炼10min；最后再次置换为氩气氛围，翻转2次，熔炼5min，待铸锭彻底冷却(约15min)后出炉。
(3)杂质含量测试：出炉后的样品在氩气氛围下机械破碎，取芯部样品进行杂质C含量分析，分析结果如表2所示，在Ar+20％H2氛围中熔炼10min后样品中碳含量为48ppm，N含量16ppm，相比较原料中C含量(按照金属镧、镍化学计量比加权计算值C：203ppm，N：80ppm)显著降低。
表3
样品状态 C含量/ppm N含量/ppm
原料 203 80
Ar+20％H<sub>2</sub>提纯后 48 16
通过将实施例1与实施例2、3对比发现，随着熔炼气氛中氢气含量的增加，合金中C、N含量逐渐减小，见图1、2。
实施例4
Ar+20％H2氛围制备高纯LaNiAl合金
(1)配料：取纯金属La，用刚刷打磨表面至光亮，取金属Ni、Al，按照合金化学力量比配制50g原料。
(2)电弧熔炼：采用真空非自耗等离子体电弧熔炼炉，将准备好的样品原料放置于水冷铜坩埚中，抽真空至5.4*10-3Pa，通入高纯氩气洗气，再次抽真空至3.0*10-3Pa，通入高纯氩气至表压-0.02MPa。缓慢加大熔炼电流至250A，翻转2次，熔炼2min；其次置换氩气氛围，向腔室中通入Ar+20％H2至表压-0.02MPa，翻转3次，熔炼10min；最后再次置换为氩气氛围，翻转2次，熔炼5min，待铸锭彻底冷却(约15min)后出炉。
(3)杂质含量测试：出炉后的样品在氩气氛围下机械破碎，取芯部样品进行杂质C含量分析，分析结果如表2所示，在Ar+20％H2氛围中熔炼10min后样品中碳含量为45ppm，N含量20ppm，相比较原料中C含量(按照金属La、Ni、Al化学计量比加权计算值C：187ppm，N：91ppm)显著降低。
表4
样品状态 C含量/ppm N含量/ppm
原料 187 91
Ar+20％H<sub>2</sub>提纯后 45 20

Claims (8)

1.一种利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将配好的储氢合金纯金属原材料和钛锭放置于高真空电弧熔炼炉中，抽真空；
(2)向真空腔室中充入高纯氩气洗气并熔炼，首先熔炼金属钛锭，然后缓慢融化合金原料，多次翻转样品，获得均匀稀土储氢合金；
(3)置换氩气氛围，向腔室中通入氢气和氩气的混合气体，缓慢移动电极至样品上方，熔炼并搅拌合金；
(4)迅速置换炉内气氛，充入高纯氩气，翻转样品至熔炼均匀，待样品完全冷却后取出，得到高纯稀土储氢合金。
2.如权利要求1所述的制备高纯稀土储氢合金的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纯金属原材料和钛的纯度均高于99.7％。
3.如权利要求1所述的制备高纯稀土储氢合金的方法，其特征在于，步骤(1)中，电弧炉真空度高于10-5Pa。
4.如权利要求1所述的制备高纯稀土储氢合金的方法，其特征在于，步骤(2)和(4)中，所述高纯氩气的纯度高于99.999％。
5.如权利要求1所述的制备高纯稀土储氢合金的方法，其特征在于，步骤(2)和(4)中，氩气作为唯一等离子体源产生等离子体。
6.如权利要求1所述的制备高纯稀土储氢合金的方法，其特征在于，步骤(3)中，氩气和氢气的纯度均高于99.999％。
7.如权利要求1所述的制备高纯稀土储氢合金的方法，其特征在于，步骤(3)中，氢气和氩气的混合气体中氢气的体积百分百比不高于20％。
8.如权利要求1所述的制备高纯稀土储氢合金的方法，其特征在于，步骤(3)中，氩气和氢气同时作为等离子体源。
CN201711336020.6A 2017-12-13 2017-12-13 利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法 Pending CN109913672A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711336020.6A CN109913672A (zh) 2017-12-13 2017-12-13 利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711336020.6A CN109913672A (zh) 2017-12-13 2017-12-13 利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109913672A true CN109913672A (zh) 2019-06-21

Family

ID=66959432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711336020.6A Pending CN109913672A (zh) 2017-12-13 2017-12-13 利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109913672A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114164368A (zh) * 2020-09-10 2022-03-11 厦门稀土材料研究所 一种稀土储氢合金及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103409650A (zh) * 2013-07-25 2013-11-27 北京大学 氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土钆单质

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103409650A (zh) * 2013-07-25 2013-11-27 北京大学 氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土钆单质

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114164368A (zh) * 2020-09-10 2022-03-11 厦门稀土材料研究所 一种稀土储氢合金及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0402498B1 (en) Method of manufacturing tough and porous getters by means of hydrogen pulverization and getters produced thereby
CN111235454B (zh) 一种非等原子比的AlCoCrFeMn高熵合金及其制备方法
CN102212727B (zh) 自生准晶增强Mg-Zn-Y合金及其熔炼方法
CN113148947B (zh) 一种稀土合金储氢材料及其制备方法
CN110983079A (zh) 一种含易挥发元素的钛合金铸锭的制备方法
WO2017166960A1 (zh) 镍基高温合金的真空冶炼工艺
CN111074133A (zh) 一种低活化多主元固溶体合金及其制备方法
CN112899547B (zh) 一种CoCrNiZrx共晶高熵合金及其制备方法
CN110616341A (zh) 一种CoCrNiNbx共晶中熵合金及其制备方法
CN111206172B (zh) 一种氮化铌铁合金及其制备方法和应用
CN114427045A (zh) 一种高均匀性钒钛基储氢合金及其制备方法
KR101284081B1 (ko) 금속 칼슘 및 진공용해를 이용한 저산소 티타늄 잉곳의 제조방법
CN109913672A (zh) 利用氢等离子体电弧熔炼技术制备高纯稀土储氢合金的方法
CN110735067A (zh) 一种富含活性元素的镍基高温合金的纯净化冶炼工艺
CN109609791A (zh) 一种静态氢压缩用复相储氢合金及其制备方法与应用
TWI393782B (zh) 一種改善Ｔｉ－Ｖ－Ｃｒ系ＢＣＣ儲氫合金活化性能之方法
CN103667836A (zh) MoS2催化的高容量贮氢合金及其制备方法
JP4956826B2 (ja) 高蒸気圧金属含有合金の溶解方法
CN111155011A (zh) 一种高性能Mg-Al-Ca镁合金及其制备方法
CN113862536B (zh) 一种Mg-Al-Y基储氢材料及其制备方法
CN111992725B (zh) Zr2Fe合金粉末的制备方法及应用
RU2407815C1 (ru) Способ получения в вакууме слитков особочистой меди
CN114032399A (zh) 电渣重熔用超低控氧渣系
CN113718153A (zh) 一种常温活化型稀土储氢合金及其制备方法与应用
CN108359821B (zh) 一种低氧钛铁中间合金及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20190701

Address after: 101407 No. 11 Xingke East Street, Yanqi Economic Development Zone, Huairou District, Beijing

Applicant after: Research Institute of engineering and Technology Co., Ltd.

Address before: No. 2, Xinjie street, Xicheng District, Beijing, Beijing

Applicant before: General Research Institute for Nonferrous Metals

TA01 Transfer of patent application right
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190621

RJ01 Rejection of invention patent application after publication