CN115652160A - 一种用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料及其制备方法，所述钒合金膜材料包括钒合金及设置在所述钒合金两侧的氢催化层，钒合金的成分表达式为VaMbXc，其中M为能够与V形成固溶体的高熵合金，X为脱氧合金化元素，其中原子百分比含量中，65at％≤a＜100at％，0at％≤b≤30at％，0at％≤c≤5at％，且a+b+c＝100；氢催化层能够催化解离氢分子并渗透氢原子。本发明通过高熵合金组元微合金化，可以使钒合金氢溶解性能小幅下降并保持较高氢扩散性能，从而获得优异的氢渗透性能。同时通过添加适量的脱氧合金元素，可以降低合金缺陷。本发明适用于723K及以上温度的氨分解制氢提纯过程，在新能源领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及氢分离提纯新材料技术领域，具体涉及一种用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料及其制备方法。
背景技术
在全球碳中和、碳达峰的背景下，氢能产业飞速发展，氢气制取与提纯更是氢能源应用和氢储能产业中的核心环节。由于液氨成本低、含氢量高和易储运等优点，使得氨分解制氢受到人们的广泛关注。然而氨分解制氢获得的氢气纯度无法满足现代工业的生产需要，需要进一步纯化处理。尤其半导体、航天航空、燃料电池、高能燃料等诸多领域对氢气纯度的要求至少99.999％以上。因此，迫切需要找到一种纯化方法与氨分解制氢相匹配，以实现高效、廉价、可循环的获取高纯氢的目标。
氨分解制氢的反应温度为723K及以上，目前开发的钒合金膜材料主要适用于673K以下。并且为了降低钒合金的低温氢溶解度，提高合金的抗氢脆性能，多采用深度斥氢合金化方法来提高钒合金的低温稳定性，以维持一定的氢渗透通量和较长的持久寿命。然而深度斥氢合金化在降低合金的氢溶解时，也大幅降低了钒合金的氢扩散性能，导致钒合金的氢渗透性能远低于纯钒金属。当工作温度高于673K时，此类方法设计获得的钒合金极易出现和催化层之间的互扩散现象，极大降低了膜材料的渗氢性能和寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料及其制备方法，利用高熵固溶微合金化，小幅降低氢溶解保持高氢扩散性能，提高钒合金膜高温下的渗氢性能(温度≥723K)，可直接应用于氨分解制氢提纯。
本发明采用如下技术方案：
一种用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料，包括钒合金及设置在所述钒合金两侧的氢催化层，所述钒合金的成分表达式为VaMbXc，其中M为能够与V形成固溶体的高熵合金，X为脱氧合金化元素，其中原子百分比含量中，65at％≤a＜100at％，0at％＜b≤30at％，0at％≤c≤5at％，且a+b+c＝100；所述氢催化层能够催化解离氢分子并渗透氢原子。
优选地，所述钒合金中V的原子百分比为89％-90％，M的原子百分比为5％-10％，X的原子百分比为0％-1％。
所述钒合金中的M成分的合金元素为W、V、Nb、Ta、Mo、Mn、Ti、Zr、Al、Hf、Cu中的四种及以上。
优选地，所述M成分为WNbMoTa、WNbMoTaV、WxNbMoTa(x＝0.01～1)、WNbMoxTa(x＝0.01～1)、WMoNbTaTi、HfNbTaTiZr、HfNbTaZr、AlxHfNbTaTiZr(x＝0～0.1)中的一种。
所述钒合金中的M成分的高熵合金是等摩尔比高熵合金或非等摩尔比高熵合金。
所述钒合金中的X成分为Cr、Mn、Ti、Al、Mg、以及稀土元素La、Se、Y中的一种或多种。
所述钒合金具有固溶体结构。
所述钒合金在723K的氢渗透系数≥2×10^-8mol H2 s-1m-1Pa-0.5。
优选地，所述钒合金在723K的氢渗透系数≥3.5×10^-8mol H2 s-1m-1Pa-0.5。
所述钒合金的氢溶解度由钒合金中V的原子百分比、M成分、Y成分、温度和氢压力而定。当温度为723K且氢压力为0.8MPa时，钒合金的氢溶解系数≤20mol H2 m-3Pa-0.5，优选为≤10mol H2 m-3Pa-0.5。
所述氢催化层材料为铂族金属、过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、过渡金属硫化物、石墨烯中的一种或多种；
优选地，所述铂族金属为Ru及Ru基合金、Pd及Pd基合金、Lr及Lr基合金、Pt及Pt基合金中的一种；所述过渡金属碳化物为NbxC、VxC、TaxC、MoxC、CrxC、TixC、MnxC、WxC、FexC、ZrxC中的一种；所述过渡金属硫化物为NbxS、VxS、TaxS、MoxS、CrxS、TixS、MnxS、WxS、FexS、ZrxS中的一种。
所述氢催化层厚度为50-1000nm。
优选地，所述氢催化层厚度为50-200nm。
更优选地，所述氢催化层厚度为100nm。
一种用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、精确称量纯钒和各溶质元素金属，放置于熔炼设备中，抽真空，然后对配比好的原材料进行熔炼；
S2、对熔炼好的铸态母合金锭进行线切割获得所需尺寸和形状的钒合金；
S3、对步骤S2制得的钒合金表面进行打磨和抛光处理，然后在合金两侧施镀氢催化层，制得氨分解氢气分离纯化所需的氢分离膜材料。
步骤S1中熔炼方式为电弧熔炼、感应熔炼、悬浮熔料中的一种或多种。
优选地，步骤S1的熔炼方式为电弧熔炼，其过程为：将各金属原料或中间合金放置于电弧炉内的坩埚中，先抽真空，当真空度≤1×10-2Pa时冲入0.02～0.04MPa的高纯氩气，电压为25-30V，电流为500-800A，熔炼过程中翻转样品4-5次，即得所需铸态母合金锭；
或者，步骤S1的熔炼方式为感应熔炼，其过程为：将各金属原料或中间合金放置于感应炉内的坩埚中，当真空度≤1×10-2Pa时冲入0.02～0.04MPa的高纯氩气，加热电压300-400V，电流25-120A，熔炼30-60min，即得所需铸态母合金锭；
或者，步骤S1的熔炼方式为悬浮熔炼，其过程为：将各金属原料或中间合金放置于炉内的水冷铜坩埚中，真空度≤1×10-2Pa，直流电压～500V，电流为20-200A，熔炼2-5min，反复熔炼2-3次，即得所需铸态母合金锭。
步骤S1所述熔炼过程中，钒合金中的M成分的高熵合金以中间合金方式加入或非中间合金形式加入。
步骤S3中对钒合金膜材料表面氢催化层的施镀方法为化学镀、电镀、磁控溅射、离子束溅射、真空蒸镀、脉冲沉积、原子层沉积、分子束外延、热化学气相沉积、低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、喷涂、真空抽滤等一种或多种。
优选地，步骤S3中铂族金属氢催化层施镀方法采用化学镀或磁控溅射；过渡金属碳化物、过渡金属氮化物和过渡金属硫化物氢催化层施镀方法采用等离子体化学气相沉积、离子束溅射和磁控溅射中的一种；石墨烯氢催化层施镀方法采用喷涂或真空抽滤。
所述钒合金膜材料的工作温度为523-873K.
优选地，所述钒合金膜材料的工作温度为673-773K。
更优选地，所述钒合金膜材料的工作温度为723K。
所述钒合金膜材料应用时，环境气体组成为：氢气、氮气、氨气和部分其余杂质气体。其中，氢气体积百分比为0-90％，氮气0-30％，氨气0-10％，其余杂质气体0-5％。
所述其余杂质气体为二氧化碳、一氧化碳中一种或两种。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明通过高熵固溶微合金化方式辅以微量的脱氧元素获得了一种新型钒合金。该类钒合金的氢溶解性能较纯钒仅小幅降低，并保持高氢扩散性能，不同于以往的钒合金在深度斥氢合金化后出现大幅降低氢溶解和氢扩散性能的现象。特别是，本发明通过高熵固溶微合金化设计得到的钒合金在723K及以上的工作温度区间具有优异的氢渗透性能，可以与氨分解制氢过程相结合，降低氨分解制氢提纯过程的能耗与成本，有效提高生产效率，为实现低廉、高效和稳定的氨分解制氢和提纯一体化提供了新的选择。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制备钒合金的母合金锭实物图；
图2为实施例1制备的钒合金的铸态微观组织图；
图3为实施例1制备的钒合金的XRD图谱；
图4为实施例2制备钒合金膜材料的结构示意图；
图5为实施例2制备的钒合金膜在523、623和723K时的氢溶解性能；
图6为实施例3制备的V89.95(WNbMoTa)10Y0.05钒合金在723K的氢溶解性能，并与实施例2、V90Fe5Al5合金以及纯钒对比；
图7为实施例4和5制备的钒合金氢渗透系数与温度的关系曲线；
图8为实施例3和6制备的钒合金膜的持久渗氢测试曲线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料，包括钒合金及设置在钒合金两侧的氢催化层，钒合金的成分表达式为VaMbXc，其中M为能够与V形成固溶体的高熵合金，X为脱氧合金化元素，其中原子百分比含量中，65at％≤a＜100at％，0at％＜b≤30at％，0at％≤c≤5at％，且a+b+c＝100；所述氢催化层能够催化解离氢分子并渗透氢原子。
本发明是为了解决目前利用深度斥氢合金化获得的低氢溶解、中氢扩散性能的钒合金膜材料的工作温度(673K以下)低于氨分解制氢的反应温度(723K及以上)，开发了新型钒合金，利用高熵固溶微合金化，降低氢溶解保持高氢扩散性能，可直接应用于氨分解制氢提纯。具体原理和方法如下：一、采用高熵固溶微合金化，向钒中添加适量的高熵合金，小幅度降低合金的氢溶解量，保持较高的氢渗透性能；二、高熵合金各组元与钒具有较好的互溶性；三、高熵合金具有良好的热稳定性，有效减缓基体合金和催化层之间的互扩散。因此制备的钒合金在较高温度(723K及以上)具有优良的氢渗透性能、抗氢脆性能和高温持久性能。
进一步地，钒合金中V的原子百分比优选为89％-90％，M的原子百分比优选为5％-10％，X的原子百分比优选为0％-1％。
钒合金中的M成分的合金元素为W、V、Nb、Ta、Mo、Mn、Ti、Zr、Al、Hf、Cu中的四种及以上，具体可优选为WNbMoTa、WNbMoTaV、WxNbMoTa(x＝0.01～1)、WNbMoxTa(x＝0.01～1)、WMoNbTaTi、HfNbTaTiZr、HfNbTaZr、AlxHfNbTaTiZr(x＝0～0.1)中的一种。钒合金中的M成分的高熵合金是等摩尔比高熵合金或非等摩尔比高熵合金。钒合金中的X成分为Cr、Mn、Ti、Al、Mg、以及稀土元素La、Se、Y中的一种或多种以任意比例混合。
钒合金具有固溶体结构，其在723K的氢渗透系数≥2×10^-8mol H2s-1m-1Pa-0.5，优选为≥3.5×10^-8mol H2 s-1m-1Pa-0.5。钒合金的氢溶解度由钒合金中V的原子百分比、M成分、Y成分、温度和氢压力而定。当温度为723K且氢压力为0.8MPa时，钒合金的氢溶解系数≤20mol H2 m-3Pa-0.5，优选为≤10mol H2 m-3Pa-0.5。
氢催化层材料为铂族金属、过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、过渡金属硫化物、石墨烯中的一种或多种以任意比例混合，其中铂族金属优选为Ru及Ru基合金、Pd及Pd基合金、Lr及Lr基合金、Pt及Pt基合金中的一种，过渡金属碳化物优选为NbxC、VxC、TaxC、MoxC、CrxC、TixC、MnxC、WxC、FexC、ZrxC中的一种，过渡金属硫化物优选为NbxS、VxS、TaxS、MoxS、CrxS、TixS、MnxS、WxS、FexS、ZrxS中的一种。氢催化层厚度为50-1000nm，优选为50-200nm，更优选为100nm。
钒合金膜材料的工作温度可以为523-873K，优选为573-823K℃，进一步优选为673-773K，更优选为723K。
钒合金膜材料应用时，环境气体组成为：氢气、氮气、氨气和部分其余杂质气体。其中，氢气体积百分比为0-90％，氮气0-30％，氨气0-10％，其余杂质气体0-5％。其它杂质气体，包括二氧化碳、一氧化碳等一种或多种。
本发明还提供了一种用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、精确称量纯钒和各溶质元素金属，放置于熔炼设备中，抽真空，然后对配比好的原材料进行熔炼，熔炼方法为电弧熔炼、感应熔炼、悬浮熔料中的一种或多种；
S2、对熔炼好的铸态母合金锭进行线切割获得所需尺寸和形状的钒合金；
S3、对步骤S2制得的钒合金表面进行打磨和抛光处理，然后在合金两侧施镀氢催化层，制得氨分解氢气分离纯化所需的氢分离膜材料。
下面结合具体实施例对制备方法进行详细阐述。
实施例1：
一种钒合金，化学成分为V89.95(WNbMoTa)10Ti0.05，按照如下方法制备：
步骤1、选用纯度99.9％的各单质元素，在超声清洗仪中进行清洗，清洗时依次使用无水乙醇和去离子水，每次清洗15min，然后取出进行烘干处理。
步骤2、利用电化学天平精确称量各单质元素的质量。
步骤3、将步骤2称量好的金属置于真空非自耗电弧熔炼炉内的水冷铜坩埚中。熔炼时，先抽真空，当真空度达到5×10-3Pa时冲入0.03MPa的高纯氩气。熔炼时使用的电压为25V，电流为500A，单次熔炼时间为3min，熔炼过程中翻转样品4-5次，保证成分均匀，得到如图1所示的母合金锭。利用线切割制得Φ12×6mm的片状样品。利用80#砂纸将其上下表面和侧面的氧化皮去除后，依次利用400～5000#的砂纸进行打磨，直到样品表面光滑无肉眼可见的划痕，再利用直径5μm的金刚石抛光剂对其进行抛光。抛光后依次经过无水乙醇和去离子水的清洗，利用光发射扫描电镜Quanta200F进行微观组织表征，结果如图2所示。本实施例中的V89.95(WNbMoTa)10Ti0.05合金为单相固溶体，没有出现第二相。V89.95(WNbMoTa)10Ti0.05合金的XRD结果如图3所示。与纯钒相比，该合金也是由均一的bcc-(V)固溶体构成，但与纯钒的衍射峰位置略有差异。
实施例2：
参照实施例1的方法，除步骤3中使用真空悬浮熔炼外，其余步骤和参数与实施例1相同。使用真空悬浮熔炼时，将各单质金属置于熔炼炉中的水冷铜坩埚内，抽真空至5×10- 3Pa，熔炼时电压520V，电流100-200A，单次熔炼时间5min，反复熔炼3次。本实施例制备得到V89.95(WNbMoTaV)10Y0.05合金，在合金两侧利用磁控溅射施镀厚度为200nm的Mo2N催化层，构造相应的V89.95(WNbMoTaV)10Y0.05钒合金膜。膜的结构示意图如图4所示。将本实施例中的钒合金膜放入氢溶解装置中，在523、623和723K时分别测量了其氢溶解性能，得到的合金内溶解的氢浓度与平衡氢压力之间的关系曲线如图5所示。其中，横坐标单位为r，单位为H/M，表示氢摩尔数/(氢+金属摩尔数)，纵坐标单位为P0.5，单位为Pa0.5，表示平衡氢压力的平方根。在给定的温度下，合金的氢溶解随平衡氢压的增加而增加；在给定的平衡氢压下，合金的氢溶解度随温度的升高而降低。
实施例3：
参照实施例1中的方法，制备V89.95(WNbMoTa)10Y0.05钒合金，利用化学镀的方式在合金两侧施镀100nm的Pd催化层。本实施例中钒合金膜723K的氢溶解性能如图6所示，并与实施例2、V90Fe5Al5以及纯钒进行对比。经对比发现，高熵固溶微合金化后的钒合金的氢溶解度介于深度斥氢合金化获得的V90Fe5Al5合金和纯钒之间。
实施例4：
参照实施例2中的方法，除合金成分不同且钒合金中M成分以中间合金形式加入外，其余步骤和参数与实施例1相同，制备了V94.95(WNbMoTaV)5Y0.05合金，并利用磁控溅射在合金表面施镀100nm的Pd催化层。723K时V94.95(WNbMoTaV)5Y0.05合金的氢溶解性能如图6所示。图7给出了该合金的氢渗透系数与温度的关系曲线。图7中横坐标为1000/T，单位为K-1，纵坐标Φ为单位时间和面积通过单位厚度的合金膜的氢摩尔量，单位为mol H2m-1s-1Pa-0.5。
实施例5：
参照实施例1中的方法，除步骤1中所用的单质金属成分不同且钒合金中M成分以中间合金形式加入外，其余步骤和参数与实施例1相同，制备了V89.95(NbTaTiV)10Y0.05合金，并利用磁控溅射在合金表面施镀100nm的Pd77Ag23催化层。该钒合金膜材料的氢渗透系数与温度的关系如图7所示。
实施例6：
参照实施例2中的方法，除步骤1中所用的单质金属成分不同且钒合金中M成分以中间合金形式加入外，其余步骤和参数与实施例2相同，制备了V94.95(WNbMoTa)5Y0.05合金，并利用磁控溅射在合金表面施镀Pd催化层。723K时该钒合金膜材料的氢渗透持久稳定性如图8所示，并与实施例3的V89.95(WNbMoTa)10Y0.05合金以及纯V对比。图8中横坐标为时间t，单位为h，纵坐标为相对氢渗透流量JH2/J0(无量纲百分数)，相对渗氢流量为实际渗氢流量与初始渗氢流量的比值，可以用来反应不同温度下氢提纯膜材料的氢渗透持久性能。可以看出，温度相同时，各成分的相对氢渗透流量随着渗氢时间的增加而减小；时间相同时，各成分的相对氢渗透流量随着温度的增加而减小。对比相同条件下的不同合金成分发现，本发明中的钒合金展现了优异的高温持久性能。例如，在723K经100h的渗氢实验后，V94.8(WNbMoTa)5Y0.2合金膜的氢渗透流量接近初始流量的90％。相比之下，纯钒在较低的673K温度下，经44h的渗氢实验后，其氢渗透流量仅有初始值的57％。
本发明通过高熵固溶微合金化方式辅以微量的脱氧元素获得了一种新型钒合金。该类钒合金的氢溶解性能较纯钒仅小幅降低，并保持高氢扩散性能，不同于以往的钒合金在深度斥氢合金化后出现大幅降低氢溶解和氢扩散性能的现象。特别是，本发明通过高熵固溶微合金化设计得到的钒合金在723K及以上的工作温度区间具有优异的氢渗透性能，可以与氨分解制氢过程相结合，降低氨分解制氢提纯过程的能耗与成本，有效提高生产效率，为实现低廉、高效和稳定的氨分解制氢和提纯一体化提供了新的选择。
本发明未述及之处适用于现有技术。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (14)
1.一种用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料，包括钒合金及设置在所述钒合金两侧的氢催化层，其特征在于，所述钒合金的成分表达式为VaMbXc，其中M为能够与V形成固溶体的高熵合金，X为脱氧合金化元素，其中原子百分比含量中，65at％≤a＜100at％，0at％＜b≤30at％，0at％≤c≤5at％，且a+b+c＝100；所述氢催化层能够催化解离氢分子并渗透氢原子。
2.根据权利要求1所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料，其特征在于，所述钒合金中V的原子百分比为89％-90％，M的原子百分比为5％-10％，X的原子百分比为0％-1％。
3.根据权利要求1所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料，其特征在于，所述钒合金中的M成分的合金元素为W、V、Nb、Ta、Mo、Mn、Ti、Zr、Al、Hf、Cu中的四种及以上。
4.根据权利要求3所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料，其特征在于，所述M成分为WNbMoTa、WNbMoTaV、WxNbMoTa(x＝0.01～1)、WNbMoxTa(x＝0.01～1)、WMoNbTaTi、HfNbTaTiZr、HfNbTaZr、AlxHfNbTaTiZr(x＝0～0.1)中的一种。
5.根据权利要求1所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料，其特征在于，所述钒合金中的X成分为Cr、Mn、Ti、Al、Mg、以及稀土元素La、Se、Y中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料，其特征在于，所述钒合金在723K的氢渗透系数≥2×10^-8molH2 s-1m-1Pa-0.5。
7.根据权利要求1所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料，其特征在于，所述氢催化层材料为铂族金属、过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、过渡金属硫化物、石墨烯中的一种或多种；
所述铂族金属为Ru及Ru基合金、Pd及Pd基合金、Lr及Lr基合金、Pt及Pt基合金中的一种；
所述过渡金属碳化物为NbxC、VxC、TaxC、MoxC、CrxC、TixC、MnxC、WxC、FexC、ZrxC中的一种；
所述过渡金属硫化物为NbxS、VxS、TaxS、MoxS、CrxS、TixS、MnxS、WxS、FexS、ZrxS中的一种。
8.根据权利要求1所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料，其特征在于，所述氢催化层厚度为50-1000nm。
9.一种权利要求1-8任一项所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、精确称量纯钒和各溶质元素金属，放置于熔炼设备中，抽真空，然后对配比好的原材料进行熔炼；
S2、对熔炼好的铸态母合金锭进行线切割获得所需尺寸和形状的钒合金；
S3、对步骤S2制得的钒合金表面进行打磨和抛光处理，然后在合金两侧施镀氢催化层，制得氨分解氢气分离纯化所需的氢分离膜材料。
10.根据权利要求9所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中熔炼方式为电弧熔炼、感应熔炼、悬浮熔料中的一种或多种。
11.根据权利要求10所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S1的熔炼方式为电弧熔炼，其过程为：将各金属原料或中间合金放置于电弧炉内的坩埚中，先抽真空，当真空度≤1×10-2Pa时冲入0.02～0.04MPa的高纯氩气，电压为25-30V，电流为500-800A，熔炼过程中翻转样品4-5次，即得所需铸态母合金锭；
或者，步骤S1的熔炼方式为感应熔炼，其过程为：将各金属原料或中间合金放置于感应炉内的坩埚中，当真空度≤1×10-2Pa时冲入0.02～0.04MPa的高纯氩气，加热电压300-400V，电流25-120A，熔炼30-60min，即得所需铸态母合金锭；
或者，步骤S1的熔炼方式为悬浮熔炼，其过程为：将各金属原料或中间合金放置于炉内的水冷铜坩埚中，真空度≤1×10-2Pa，直流电压～500V，电流为20-200A，熔炼2-5min，反复熔炼2-3次，即得所需铸态母合金锭。
12.根据权利要求9所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S1在配料过程中，M成分的高熵合金以中间合金方式加入或非中间合金形式加入。
13.根据权利要求9所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中对钒合金膜材料表面氢催化层的施镀方法为化学镀、电镀、磁控溅射、离子束溅射、真空蒸镀、脉冲沉积、原子层沉积、分子束外延、热化学气相沉积、低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、喷涂、真空抽滤等一种或多种。
14.根据权利要求9所述的用于氨分解氢气分离纯化的钒合金膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中铂族金属氢催化层施镀方法采用化学镀或磁控溅射；过渡金属碳化物、过渡金属氮化物和过渡金属硫化物氢催化层施镀方法采用等离子体化学气相沉积、离子束溅射和磁控溅射中的一种；石墨烯氢催化层施镀方法采用喷涂或真空抽滤。
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