CN1560295A - 一种钛-钒基储氢合金储氢性能的改善方法 - Google Patents

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吴铸
夏保佳
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Abstract

本发明公开了一种钛－钒基BCC相储氢合金储氢性能的改善方法。其方法步骤为：首先在真空磁悬浮感应炉内熔炼出铸态的钛－钒基合金，然后将该合金在氩气保护条件下进行快淬处理，快淬速度为10m/s～40m/s。采用本发明所得的钛－钒基BCC相合金具有极好的吸放氢平台特性，同时放氢量增大。从而改善了该合金的综合储氢性能。且在快淬合金中出现100nm左右的微晶颗粒，或由铸态合金的C14 Laves和BCC两相结构变成单一的BCC结构。

Description

一种钛-钒基储氢合金储氢性能的改善方法
技术领域
本发明涉及一种改善钛-钒基BCC相储氢合金储氢性能的方法。所述方法制备的合金粉具有良好的储氢性能。
背景技术
储氢合金是有希望作为燃料电池供氢源的方式之一。在各类储氢合金中，AB5(以LaNi5为代表)和AB2(以TiMn2为代表)发展已较成熟，但其储氢量小于2％(质量百分比)制约了它们的应用[M.Okada，T.Kuriiwa，A.Kamegawa，et al.，Mater.Sci.Engng.A[J]，2002，329-331(6)；305-312.J-L.Bobet，B.Darriet，Int J Hydrogen Energy[J]，2000，25(3)；767-772.]。Mg基合金拥有较大的储氢量(3％左右)，但其苛刻的吸放氢条件(温度在473K以上)同样难以满足燃料电池的应用要求[C.-H.Chiang，Z.-H.Chin，T.-P.Pemg，J.Alloy Comp.[J]，2000，307(7)；259-265.]。
作为新一代的Ti-V基BCC相合金，其以较大的吸氢量(3％左右)和良好的吸放氢动力学性能，已越来越受到研究者的重视。但是有限的放氢量、差的平台特性仍然是这类合金急需解决的问题。文献中报道热处理可以改善该类合金的平台特性，但是合金在热处理过程中极易氧化(即使在高真空条件下)，这会导致合金的储氢量降低[M.Okada，T.Kuriiwa，T.Tamura，et al.，J.Alloya Comp.[J]，2002，330-332(1)；511-516.]。最近美国的一篇专利(专利号：6419764)也报道了V68Ti10Cr20Ni1.0Mn1.0BCC相合金通过热处理后拥有较好的活化特性和平坦的吸放氢平台。然而其吸储氢容量不到3％，放氢容量小于2％，这显然难以满足应用要求。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种改善Ti-V基BCC相合金储氢性能的方法。该方法使得这类合金的吸放氢平台性能得到明显改善，从而改善该合金的综合储氢性能。这对其在氢的规模化运输，燃料电池的供氢源，氢的提纯等领域得到广泛的应用具有重要意义。
本发明所述合金可通过如下方法制备，将将纯度在99.5％以上的Ti、Mn、V、Fe、Cr、La、Ni单质元素按成分配比后在真空磁悬浮感应炉中氩气保护下熔炼3～4次。然后在氩气保护条件下进行快淬处理。快淬速度为10m/s～40m/s。快淬处理后钛-钒基合金的放氢平台明显改善，吸放氢量有所增加。快淬后合金中出现了100nm的微晶颗粒，或由铸态合金的C14Laves和BCC两相结构变成单一的BCC结构。
附图说明
图1(a)为铸态和(b)为快淬的Ti-20Mn-25Cr-30V合金的扫描电镜照片。
图2为铸态和快淬的Ti-20Mn-25Cr-30V合金在353K的压力-成分-温度(PCT)放氢曲线。横坐标为氢容量，单位为百分含量，纵坐标为压力，单位为大气压。
图3为铸态和快淬的Ti-20Mn-15Cr-30V-7Fe合金的X-衍射图。
图4为铸态和快淬的Ti-20Mn-15Cr-30V-7Fe合金在353K的压力-成分-温度(PCT)放氢曲线。横坐标为氢容量，单位为百分含量，纵坐标为压力，单位为大气压。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明作进一步说明：
实例1：设计合金组份为Ti-20Mn-25Cr-30V，实验所用原料的纯度均在99.5％以上，配取50克样品在高频磁悬浮熔炼炉上反复熔炼4次，以确保合金均匀。然后在氩气保护下进行快淬处理，快淬速度为20m/s。从图1所示的铸态(a)和快淬(b)的Ti-20Mn-25Cr-30V合金的扫描电镜。可以看到快淬后合金中出现了大量的大小在100nm左右的微晶颗粒。从而图2的压力-成分-温度(PCT)放氢曲线结果显示该合金的放氢平台明显改善，同时吸放氢量均有增加。
实例2：设计合金组份为Ti-20Mn-15Cr-30V-7Fe，实验所用原料的纯度均在99.5％以上，配取50克样品在高频磁悬浮熔炼炉上反复熔炼4次，以确保合金均匀。然后在氩气保护下进行快淬处理，快淬速度为40m/s。从图3铸态和快淬的Ti-20Mn-15Cr-30V-7Fe合金的X-衍射图可以看到快淬后的合金由铸态合金的C14Lave相和BCC相两相结构变为单一的BCC相结构。从而图4的压力-成分-温度(PCT)放氢曲线结果显示该合金的放氢平台明显改善，同时吸放氢量均有增加。
实例3：设计合金组份为Ti-20Mn-15Cr-28V-2La-5Ni，实验所用原料的纯度均在99.5％以上，配取50克样品在高频磁悬浮熔炼炉上反复熔炼4次，以确保合金均匀。然后在氩气保护下进行快淬处理，快淬速度为10m/s。所得合金的放氢平台明显改善，同时吸放氢量均有增加(与图1，2的PCT放氢曲线相似)。

Claims (3)

1.一种钛-钒基BCC相储氢合金储氢性能的改善方法，首先在真空磁悬浮感应炉内熔炼出铸态的钛-钒基合金，其特征在于铸态合金在氩气保护下进行快淬处理，快淬速度为10m/s～40m/s。
2.按权利要求1所述钛-钒基BCC相储氢合金储氢性能的改善方法，其特征在于在快淬处理后合金中出现了100nm的微晶颗粒，或由铸态合金的C14 Laves和BCC两相结构变成单一的BCC结构。
3.按权利要求1或2所述钛-钒基BCC相储氢合金储氢性能的改善方法，其特征在于所述的钛-钒基合金或为Ti-20Mn-25Cr-30V，或为Ti-20Mn-15Cr-30V-7Fe，或为Ti-20Mn-15Cr-28V-2La-5Ni。
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