CN115976392A - 一种氢可逆储存合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢可逆储存合金材料及其制备方法，属于金属材料领域，本发明的合金材料由Ti：Zr：Mn：Cr：V：Cu按摩尔比（0.7‑1）：（0‑0.3）：（0.6‑1.3）：（0.3‑0.9）：（0.1‑0.7）：（0‑0.2）制成，储氢量高，吸放氢速度快，性能稳定，本发明的制备方法采用球磨机械合金结合电弧熔炼法，工艺操作简单、安全可靠，有效弥补单熔炼工艺制备的不足，大大提高了合金成形率。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种氢可逆储存合金材料及其制备方法。
背景技术
氢能是一种可再生的清洁能源。目前，随着石化能源的日趋短缺以及环境污染的日益严重，氢能受到了越来越多的重视。以氢为燃料的燃料电池已经在诸如燃氢汽车、助动力车、摩托车等领域逐步应用，但其氢源供应系统，即氢气的储存和输送是目前制约氢能进一步应用的瓶颈之一，如何解决这一问题已成当务之急。金属储氢作为储氢载体要比目前的高压储氢、低温液态储氢以及有机溶剂储氢更加安全、纯净和经济，被认为是一种行之有效的途径。
现有的氢可逆储存合金制备过程中，一般都是将所有元素材料投入电弧炉中共同熔炼，当材料熔点沸点相差太大，在熔炼时，低沸点跟高熔点要一起熔炼成合金，造成低沸点材料已经汽化，成分难以精确控制，跟原来要熔炼成分差很多，得不到设定的成份，容易形成夹杂，进而导致造成残次率较高。例如锰元素，由于锰的沸点较低，容易挥发，使的炉体变得很暗，电弧炉看不见不易操作，容易发生事故，成分难以精确控制，最终成品达不到设计要求。
申请号为202210741050X的中国发明专利公开了一种氢可逆储存合金材料及其制备方法，合金材料由Ti:Zr：V：Cr：Mn按摩尔比（0.9-1）：（0-0.1）：（0.5-0.7）：（0.3-0.5）：（1-1.1）制成。本发明的方法先将Ti、Zr、V、Cr加入熔炼炉中熔炼，然后再加入Mn最终熔炼成合金材料。本发明的合金储氢量高，重量轻，极大改善了放氢温度/压力/速度及迟滞效应等问题。通过本发明的方法，可以得到设定的成份，不会形成夹杂，降低Mn元素的挥发，提高了合金的成形率。
上述发明采用分布熔炼法，将熔炼过程分为两步，这种方式虽然与一次熔炼相比，可以降低低沸点材料的流失，但是仍会产生一定损耗，同时制备过程工序繁琐，操作复杂，非常不方便。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题的不足，提供一种氢可逆储存合金材料及其制备方法，本发明提供的氢可逆储存合金材料，储氢量高，吸放氢速度快，性能稳定，本发明提供的制备方法工艺操作简单、安全可靠，有效弥补单熔炼工艺制备的不足，大大提高了合金成形率。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种氢可逆储存合金材料，其特征在于，该合金材料由Ti：Zr：Mn：Cr：V：Cu按摩尔比（0.7-1）：（0-0.3）：（0.6-1.3）：（0.3-0.9）：（0.1-0.7）：（0-0.2）制成。
一种氢可逆储存合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤一，将原材料Ti、Zr、Mn、Cr、V和Cu清洗烘干后按一定摩尔比在手套箱中配置好原料；
步骤二，将配置好的原料置入球磨罐内进行球磨，得到球磨粉料；
步骤三，利用压片机将球磨粉料压成合金块；
步骤四，将合金块置入电弧炉内熔炼，熔炼结束后得到所需的氢可逆储存合金材料。
本发明的进一步改进在于，步骤二中，球磨转速为200rpm，运行时间1-3h，球料比10-60：1。
本发明的进一步改进在于，步骤四中，熔炼过程包括以下具体步骤：
S1、熔炼：将合金块置入电弧炉内，抽真空＜10-1 Pa，向熔炼炉充入0.4-0.6bar的氩气共3-5次后，开启电弧炉，设定电压15.5V，电流慢慢加到70-160A，待合金块熔成液体后关闭电弧，翻面再次熔炼，共计熔炼3-5次后冷却到室温；
S2、合金热处理：将合金放入热处理炉的坩埚内，抽真空＜10-1 Pa，向热处理炉充入0.2-0.5bar的氩气共3-5次后，加热至1300℃，并保温3-6h，最后用5-20min冷却到室温。
本发明的进一步改进在于，S2、合金热处理中，合金加热至1300℃，其中，0-1000℃升温曲线为4-7℃/min，1000-1300℃升温曲线为1.5-3℃/min。
本发明的有益效果为：
（1）本发明提供的氢可逆储存合金材料储氢量高，吸放氢速度快，性能稳定，其中，元素Ti用于提供主要容量，元素用于Zr调控坪台压，元素Mn用于控制相结构，元素Cr用于控制相结构，元素V用于提升容量，元素Cu用于稳定坪台。
（2）本发明提供的氢可逆储存合金材料的制备方法采用球磨机械合金结合电弧熔炼法，避免了低熔点合金挥发严重的问题，可以做到基本无损耗，同时工艺操作简单、安全可靠，有效弥补单熔炼工艺制备的不足，大大提高了合金成形率。
附图说明
图1为球磨粉料经球磨后产生细化的结构示意图。
图2为球磨粉料比表面积与晶粒尺寸的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1
一种氢可逆储存合金材料，该合金材料由Ti：Mn：Cr：V按摩尔比0.7：0.6：0.3：0.1制成。
该氢可逆储存合金材料的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤一，将原材料Ti、Mn、Cr和V清洗烘干后按上述摩尔比在手套箱中配置好原料；
步骤二，将配置好的原料置入球磨罐内进行球磨，得到球磨粉料，其中，球磨转速为200rpm，运行时间1-3h，球料比10-60：1；
步骤三，利用压片机将球磨粉料压成合金块；
步骤四，将合金块置入电弧炉内熔炼，熔炼结束后得到所需的氢可逆储存合金材料，该步骤具体如下：
S1、熔炼：将合金块置入电弧炉内，抽真空＜10-1 Pa，向熔炼炉充入0.4-0.6bar的氩气共3-5次后，开启电弧炉，设定电压15.5V，电流慢慢加到70-160A，待合金块熔成液体后关闭电弧，翻面再次熔炼，共计熔炼3-5次后冷却到室温；
S2、合金热处理：将合金放入热处理炉的坩埚内，抽真空＜10-1 Pa，向热处理炉充入0.2-0.5bar的氩气共3-5次后，加热至1300℃，0-1000℃升温曲线为4-7℃/min，1000-1300℃升温曲线为1.5-3℃/min，并保温3-6h，最后用5-20min冷却到室温。
实施例2
一种氢可逆储存合金材料，该合金材料由Ti：Zr：Mn：Cr：V：Cu按摩尔比0.8：0.2：1：0.5：0.5：:0.1制成。
该氢可逆储存合金材料的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤一，将原材料Ti、Zr、Mn、Cr、V和Cu清洗烘干后按上述摩尔比在手套箱中配置好原料；
步骤二，将配置好的原料置入球磨罐内进行球磨，得到球磨粉料，其中，球磨转速为200rpm，运行时间1-3h，球料比10-60：1；
步骤三，利用压片机将球磨粉料压成合金块；
步骤四，将合金块置入电弧炉内熔炼，熔炼结束后得到所需的氢可逆储存合金材料，该步骤具体如下：
S1、熔炼：将合金块置入电弧炉内，抽真空＜10-1 Pa，向熔炼炉充入0.4-0.6bar的氩气共3-5次后，开启电弧炉，设定电压15.5V，电流慢慢加到70-160A，待合金块熔成液体后关闭电弧，翻面再次熔炼，共计熔炼3-5次后冷却到室温；
S2、合金热处理：将合金放入热处理炉的坩埚内，抽真空＜10-1 Pa，向热处理炉充入0.2-0.5bar的氩气共3-5次后，加热至1300℃，0-1000℃升温曲线为4-7℃/min，1000-1300℃升温曲线为1.5-3℃/min，并保温3-6h，最后用5-20min冷却到室温。
实施例3
一种氢可逆储存合金材料，该合金材料由Ti：Zr：Mn：Cr：V：Cu按摩尔比1：0.3：1.3：0.9：0.7：0.2制成。
该氢可逆储存合金材料的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤一，将原材料Ti、Zr、Mn、Cr、V和Cu清洗烘干后按上述摩尔比在手套箱中配置好原料；
步骤二，将配置好的原料置入球磨罐内进行球磨，得到球磨粉料，其中，球磨转速为200rpm，运行时间1-3h，球料比10-60：1；
步骤三，利用压片机将球磨粉料压成合金块；
步骤四，将合金块置入电弧炉内熔炼，熔炼结束后得到所需的氢可逆储存合金材料，该步骤具体如下：
S1、熔炼：将合金块置入电弧炉内，抽真空＜10-1 Pa，向熔炼炉充入0.4-0.6bar的氩气共3-5次后，开启电弧炉，设定电压15.5V，电流慢慢加到70-160A，待合金块熔成液体后关闭电弧，翻面再次熔炼，共计熔炼3-5次后冷却到室温；
S2、合金热处理：将合金放入热处理炉的坩埚内，抽真空＜10-1 Pa，向热处理炉充入0.2-0.5bar的氩气共3-5次后，加热至1300℃，0-1000℃升温曲线为4-7℃/min，1000-1300℃升温曲线为1.5-3℃/min，并保温3-6h，最后用5-20min冷却到室温。
球磨原理分析：
金属材料与研球磨在密闭球磨罐内，经过高速地旋转，材料与研球磨不断地撞击混和，如图1所示。刚开始球磨之撞击力会导致材料塑性变形产生加工硬化，材料随后会破裂并生成新鲜的活性表面，但由于这些新生的表面活性较高容易形成冷焊团聚，导致颗粒尺寸增加。团聚后之金属粉末具有层状结构，在长时间的反复作用下，材料开始产生疲劳现象，而降低了冷焊(Cold Welding)的发生，破裂的发生渐渐地取代了团聚的产生，使材料层状结构间距缩小，球磨一定时间后，破裂与冷焊速度达到平衡。图2为比表面积(和颗粒尺寸呈正比)与晶粒尺寸之示意图。经过球磨的材料，除了晶粒细化(可达奈米级)导致晶界增加之外，由于粉末颗粒受大极大的塑性变形，而材料多晶体产生了许多缺陷，例如：差排(Dislocations)、空位(Vacancies)、层积错位(Stacking faults)等。上述这些现象皆导致了原子的扩散路径缩短，在球磨的过程中，动能转化成热能，使得温度上升，也促使了金属固溶体、金属间化合物等产物生成。同时，机械合金法还能使添加物与材料充分搅和，使其均匀分布在材料表面，甚至固溶至材料内部。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种氢可逆储存合金材料，其特征在于，该合金材料由Ti：Zr：Mn：Cr：V：Cu按摩尔比（0.7-1）：（0-0.3）：（0.6-1.3）：（0.3-0.9）：（0.1-0.7）：（0-0.2）制成。
2.一种氢可逆储存合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤一，将原材料Ti、Zr、Mn、Cr、V和Cu清洗烘干后按权利要求1所述的摩尔比配比在手套箱中配置好原料；
步骤二，将配置好的原料置入球磨罐内进行球磨，得到球磨粉料；
步骤三，利用压片机将球磨粉料压成合金块；
步骤四，将合金块置入电弧炉内熔炼，熔炼结束后得到所需的氢可逆储存合金材料。
3.根据权利要求2所述的一种氢可逆储存合金材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，球磨转速为200rpm，运行时间1-3h，球料比10-60：1。
4.根据权利要求2所述的一种氢可逆储存合金材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，熔炼过程包括以下具体步骤：
S1、熔炼：将合金块置入电弧炉内，抽真空＜10-1 Pa，向熔炼炉充入0.4-0.6bar的氩气共3-5次后，开启电弧炉，设定电压15.5V，电流慢慢加到70-160A，待合金块熔成液体后关闭电弧，翻面再次熔炼，共计熔炼3-5次后冷却到室温；
S2、合金热处理：将合金放入热处理炉的坩埚内，抽真空＜10-1 Pa，向热处理炉充入0.2-0.5bar的氩气共3-5次后，加热至1300℃，并保温3-6h，最后用5-20min冷却到室温。
5.根据权利要求4所述的一种氢可逆储存合金材料的制备方法，其特征在于，S2、合金热处理中，合金加热至1300℃，其中，0-1000℃升温曲线为4-7℃/min，1000-1300℃升温曲线为1.5-3℃/min。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3023770A1 (de) * | 1980-06-25 | 1983-11-03 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Wasserstoffspeichermaterial auf hydridbasis |
| CN1789455A (zh) * | 2004-12-15 | 2006-06-21 | 北京有色金属研究总院 | 一种金属氢化物氢压缩材料 |
| CN102011030A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-04-13 | 中国计量学院 | 一种用于制氢的铝合金成分设计及制备方法 |
| CN111636022A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-08 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种长寿命高容量钒基储氢合金及其氢化制粉方法 |
| CN115074596A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-20 | 海南天宇科技集团有限公司 | 一种氢可逆储存合金材料及其制备方法 |
| CN115921878A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-04-07 | 海南天宇科技集团有限公司 | 一种储氢合金的球磨活化方法 |
-
2023
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3023770A1 (de) * | 1980-06-25 | 1983-11-03 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Wasserstoffspeichermaterial auf hydridbasis |
| CN1789455A (zh) * | 2004-12-15 | 2006-06-21 | 北京有色金属研究总院 | 一种金属氢化物氢压缩材料 |
| CN102011030A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-04-13 | 中国计量学院 | 一种用于制氢的铝合金成分设计及制备方法 |
| CN111636022A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-08 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种长寿命高容量钒基储氢合金及其氢化制粉方法 |
| CN115074596A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-20 | 海南天宇科技集团有限公司 | 一种氢可逆储存合金材料及其制备方法 |
| CN115921878A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-04-07 | 海南天宇科技集团有限公司 | 一种储氢合金的球磨活化方法 |
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