UA53626C2

UA53626C2 - Gas-absorbing, non-evaporable alloy and device on basis thereof

Info

Publication number: UA53626C2
Application number: UA98031585A
Authority: UA
Inventors: Клаудіо Боффіто; Алессіо Корацца; Стефано Томінетті
Original assignee: Саес Геттерс С. П. А.
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2003-02-17

Abstract

Gas absorbing, non-evaporable alloys of Zr-Co-A composition, wherein A is an element selected of yttrium, lanthanum, rare-earth metals or mixtures thereof. They can be activated at relatively low temperatures and are able to sorb different gases. Besides, alloys according to the invention are more safe for the environment as compared with other similar alloys, as they do not contain toxic metals or metals forming toxic compounds and cause lower temperatures in burning.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Газопоглинаючі сплави, що не випарюються, також відомі як НВГ-сплави мають здатність оборотно 2 сорбувати водень і незворотно сорбувати такі гази, як кисень, пару води, оксиди карбону, а у разі деяких сплавів - навіть азот. Таким чином, ці сплави знаходять застосування для збереження вакууму при термоізоляції, наприклад, всередині розріджених порожнин термопосудин (термосів) чи посудин Дюара, або трубопроводів для транспортування нафти в північних районах. З іншого боку, їх можна використовувати для видалення перерахованих вище газів з газових атмосфер, звичайно утворених інертними газами. Прикладом такого застосування є використання цих сплавів в лампах, особливо у флуоресцентних, де НВГ-сплав діє так, щоб зберегти атмосферу, необхідну для роботи лампи. Крім того, НВГ- сплави використовують для очищення інертних газів, з яких вони видаляють названі вище гази; у цьому випадку очищення може бути здійснене до або на початку потоку використовуємого відносно очищеного газу, або всередині тієї ж камери, в якій повинен бути використаним очищений газ, наприклад, при виробництві напівпровідників, як це описано у патентній заявці УМО 72 96/13620 компанії ЗАЕ5 Риге Саз (Зап І ців Орізро, США). Звичайно такі сплави містять цирконій і/або титан як основні компоненти і містять один або більше інших елементів, вибраних з перехідних металів або алюмінію.Non-evaporating gas-absorbing alloys, also known as NVG alloys, have the ability to reversibly 2 sorb hydrogen and irreversibly sorb gases such as oxygen, water vapor, carbon oxides, and in the case of some alloys, even nitrogen. Thus, these alloys are used to maintain a vacuum during thermal insulation, for example, inside rarefied cavities of thermal containers (thermos) or Dewar vessels, or pipelines for transporting oil in the northern regions. On the other hand, they can be used to remove the gases listed above from gaseous atmospheres, usually formed by inert gases. An example of such an application is the use of these alloys in lamps, especially fluorescent ones, where the NVH alloy acts to preserve the atmosphere necessary for lamp operation. In addition, NVH alloys are used to purify inert gases, from which they remove the above-mentioned gases; in this case, the purification can be carried out before or at the beginning of the flow of the relatively purified gas used, or inside the same chamber in which the purified gas must be used, for example, in the production of semiconductors, as described in the patent application UMO 72 96/13620 of the company ZAE5 Ryge Saz (Zap I tsiv Orizro, USA). Usually such alloys contain zirconium and/or titanium as the main components and contain one or more other elements selected from the transition metals or aluminum.

НВГ- сплави є об'єктом декількох патентів. У патенті США 3203901 розкрито сплави 7271-АЇ, зокрема сплав, що має масовий склад 2г 8495 - АІ 16, вироблюваний заявником, який продається під торговою назвою 51 101 й: у патенті США 4071335 описані сплави 71-Мі, зокрема сплав, що має ваговий склад 7 75, 795-Мі 24.3905, вироблюваний заявником, який продається під торговою назвою 51 19Отм в патенті США 4306887 описані сплави 21-Бе, зокрема сплав, що має ваговий склад 2г 76,695-Ге23,495, вироблюваний заявником, який продається під торговою назвою 51 1981м, Застосування цих матеріалів звичайно обмежене деякими спеціальними випадками, що зумовлено деякими особливими властивостями цих сплавів: наприклад, названий вище сплав 51 101 М має с об Температуру активації приблизно 900 С, тому його використовують тоді, коли прилади, які повинні його містити, можуть витримувати високі температури, тоді як вказаний вище сплав 5ї 1981м має обмежену здатність і) сорбувати азот.NVH alloys are the subject of several patents. US Patent 3,203,901 discloses 7271-AI alloys, in particular an alloy having a mass composition of 2g 8495 - AI 16, produced by the applicant and sold under the trade name 51,101 and: US Patent 4,071,335 describes 71-Mi alloys, in particular an alloy having weight composition 7 75, 795-Mi 24.3905, produced by the applicant, which is sold under the trade name 51 19Otm, US patent 4306887 describes 21-Be alloys, in particular, an alloy having a weight composition of 2g 76.695-Ge23.495, produced by the applicant, which is sold under under the trade name 51 1981m. The use of these materials is usually limited to some special cases, which is due to some special properties of these alloys: for example, the above-mentioned alloy 51 101 M has an activation temperature of approximately 900 C, so it is used when devices that need it contain, can withstand high temperatures, while the above-mentioned alloy 5th 1981m has a limited ability to i) sorb nitrogen.

Матеріали, аналогічні матеріалам, розкритим в названих вище патентах, знаходять навіть більш спеціальне призначення. Наприклад, у патенті Канади 1320336 описано використання інтерметалевої сполуки 2гСо в якості Ге) оборотно сорбуючої водень, оскільки вона має високий рівноважний тиск по відношенню до цього газу і його ізотопів. У патенті США 4668424 розкрито сплав цирконій-нікель-миш-метал, що можливо містить також один або с декілька таких металів, як кобальт. Призначення цих матеріалів однак обмежено оборотною сорбцією водня і Ге) його ізотопів.Materials similar to the materials disclosed in the above-mentioned patents find an even more special purpose. For example, Canadian patent 1320336 describes the use of an intermetallic compound 2gCo as a reversibly sorbing hydrogen because it has a high equilibrium pressure in relation to this gas and its isotopes. US Patent 4,668,424 discloses a zirconium-nickel-mice-metal alloy that may also contain one or more metals such as cobalt. However, the purpose of these materials is limited by the reversible sorption of hydrogen and its isotopes (He).

Внаслідок названих вище причин перераховані сплави можуть бути визначені як сплави спеціального о призначення і часто описуються і називаються в патентах або технічних і комерційних бюлетенях як сплави, ю призначені для спеціального застосування.As a result of the above reasons, the listed alloys can be defined as special purpose alloys and are often described and named in patents or technical and commercial bulletins as alloys intended for special applications.

З іншого боку, існують сплави, що мають відносно низькі температури активації і гарні сорбційні властивості по відношенню до великого числа різних газів; сплави, що мають такі функціональні характеристики особливо корисні, оскільки вони можуть бути використані в широкому інтервалі умов, отже, можуть знайти « широке застосування. Ці сплави можуть бути визначені як сплави загального призначення і так вони будуть 8 с називатися далі. Серед сплавів загального призначення найбільш широко використовується сплав, що має й ваговий склад 2 7095-М 24, б95-Ре 5,4 95 з температурою активації в інтервалі від 350 до 500 2С, яка відносно "» низька в порівнянні з нормальною температурою активації газопоглинаючих матеріалів; цей сплав описаний в патенті США 4312669 і виготовляється та продається заявником під торговою маркою 51 707 тм, Однак недолік сплаву 5 707тм полягає в тому, що він містить ванадій, сполуки якого, зокрема, його оксиди, токсичні. 1 Ванадій міститься в багатьох сплавах, що використовують для очищення інертних газів, які описані в декількох сю викладених патентних заявках компанії дарап Роїіпісв, наприклад, в заявках КокКаї 5-4809, 6-135707 і 7-242401.On the other hand, there are alloys that have relatively low activation temperatures and good sorption properties in relation to a large number of different gases; alloys having such functional characteristics are particularly useful because they can be used in a wide range of conditions, therefore, can find "wide application." These alloys can be defined as general-purpose alloys and will be referred to as such in the following. Among general-purpose alloys, the most widely used alloy has a weight composition of 2 7095-M 24, b95-Re 5.4 95 with an activation temperature in the range from 350 to 500 2C, which is relatively low compared to the normal activation temperature of gas absorbents materials; this alloy is described in U.S. Patent 4,312,669 and is manufactured and sold by the applicant under the trademark 51,707 tm. However, the disadvantage of alloy 5,707 tm is that it contains vanadium, compounds of which, in particular, its oxides, are toxic. 1 Vanadium is found in many alloys used for the purification of inert gases, which are described in several patent applications of the Darap Roipisv company, for example, in Kokkai applications 5-4809, 6-135707 and 7-242401.

Інша проблема, виникаюча при використанні деяких НВГ-сплавів попереднього рівня техніки, складається в (22) тому, що при несподіваному контакті з великими кількостями хімічно активних газів, наприклад, при впливі 7 50 повітря, і коли сплав спочатку має температуру приблизно 200 - 250 С, можуть протікати сильно екзотермічні реакції, внаслідок чого температура підвищується вище за 10007 С і виникає небезпека для робітників і 42) обладнання. Дійсно, ці сплави знаходяться всередині пристроїв або обладнання, виготовлених з металу, часто з сталі, зі стінками, які можуть плавитися при температурах приблизно 1000" С, що, мабуть, може призводити до витікання матеріалів при високій температурі і шкодити навколишньому середовищу. Такі випадки можуть мати місце, наприклад, через випадкове пошкодження приладу, що містить сплав, або через помилку оператора при о завантаженні комплекту або при роботі такого пристрою. Ці проблеми виникають, головним чином, при очистці інертних газів; всередині очисного апарату, що має стінки, звичайно виготовлені з сталі, знаходяться великі їмо) кількості газопоглинаючих сплавів, робочі температури яких становлять приблизно 400 С; при несподіваному надходженні повітря або іншого хімічно активного газу такі умови сприяють протіканню інтенсивної реакції, що 60 ймовірно призводить до розплавлення всієї маси газопоглинаючого матеріалу і стінок очисного апарату.Another problem arising from the use of some prior art NVH alloys is (22) that upon unexpected contact with large amounts of chemically active gases, for example, when exposed to 7 50 air, and when the alloy initially has a temperature of approximately 200 - 250 C, strongly exothermic reactions may occur, as a result of which the temperature rises above 10007 C and there is danger for workers and 42) equipment. Indeed, these alloys are found inside devices or equipment made of metal, often steel, with walls that can melt at temperatures of about 1000 °C, which apparently can lead to the release of materials at high temperatures and harm the environment. Such cases may occur, for example, due to accidental damage to the instrument containing the alloy, or due to operator error in loading the kit or in the operation of such equipment. These problems occur mainly in the purification of inert gases; inside a walled purification apparatus, of course made of steel, there are large quantities of gas-absorbing alloys, the working temperatures of which are approximately 400 C; in the event of an unexpected inflow of air or other chemically active gas, such conditions contribute to the flow of an intense reaction, which probably leads to the melting of the entire mass of the gas-absorbing material and the walls of the cleaning apparatus .

Аналогічні випадки раніше вже мали місце на заводах по виробництву напівпровідників, на яких застосовують газоочисні апарати середнього і великого розмірів, дія яких заснована на використанні газопоглинаючих сплавів. Крім того, при подібній нагоді підвищується небезпека утворення і поширення у навколишньому середовищі токсичних і шкідливих продуктів, таких як, наприклад, оксиди ванадію, якщо газопоглинаючим 65 матеріалом слугує сплав 5 707 або будь-який сплав, описаний в названих вище патентних заявках фірми дарапSimilar cases have already taken place at semiconductor manufacturing plants, where gas cleaning devices of medium and large sizes are used, the action of which is based on the use of gas-absorbing alloys. In addition, on such an occasion, the danger of the formation and distribution of toxic and harmful products in the environment, such as, for example, vanadium oxides, increases, if alloy 5 707 or any alloy described in the above-mentioned patent applications of the darap company serves as the gas-absorbing material 65

Ріопісв.Riopisv.

Мета цього винаходу складається в отриманні газопоглинаючих сплавів, що не випарюються і знаходять загальне застосування, які безпечні, і використання яких спричиняє ризик для навколишнього середовища.The purpose of the present invention is to obtain gas-absorbing alloys that do not evaporate and find general use, which are safe, and the use of which causes a risk to the environment.

Зокрема, метою справжнього винаходу є газопоглинаючі сплави, що мають здатність сорбувати різноманітні ази, що мають відносно низьку температуру активації, не містять ванадій і інші токсичні матеріали або матеріали, здатні утворювати токсичні сполуки, а у разі протікання бурхливої реакції з хімічно активними газами, дають нижчу температуру, ніж інші відомі НВГ- сплави.In particular, the purpose of the present invention is gas-absorbing alloys that have the ability to sorb various bases, have a relatively low activation temperature, do not contain vanadium and other toxic materials or materials capable of forming toxic compounds, and in the event of a violent reaction with chemically active gases, give lower temperature than other known NVG alloys.

Згідно з цим винаходом цієї мети досягають використанням газопоглинаючих сплавів, що не випарюються і містять цирконій, кобальт та один або декілька компонентів, вибраних з іттрію, лантану або рідкоземельного /о металу.According to the present invention, this goal is achieved by the use of non-volatile gas-absorbing alloys containing zirconium, cobalt and one or more components selected from yttrium, lanthanum or a rare earth metal.

Далі цей винахід описано за допомогою креслень.This invention is further described with the help of drawings.

На Фіг. 1 представлена потрійна діаграма, на якій вказано можливий склад НВГ- сплавів згідно з цим винаходом.In Fig. 1 presents a ternary diagram showing the possible composition of NVG alloys according to the present invention.

Фіг. 2а - 24 ілюструють деякі можливі варіанти газопоглинаючих пристроїв, що не випарюються, в яких 7/5 Використовують сплави згідно з цим винаходом.Fig. 2a - 24 illustrate some possible variants of non-evaporative gas absorbing devices in which alloys according to the present invention are used.

На Фіг. З - 7 в графічному вигляді представлені сорбційні властивості сплавів згідно з винаходом і деяких довідкових сплавів.In Fig. C - 7 graphically presents the sorption properties of alloys according to the invention and some reference alloys.

Сплави, які можуть бути використані на практиці, являють собою сплави, які на потрійній діаграмі вагових складів на Фіг. 1 взяті в багатокутник, визначений точками: а) 2 81 96 -Со 995 - А 1090;Alloys that can be used in practice are alloys that on the ternary diagram of weight compositions in Fig. 1 are taken in a polygon defined by points: a) 2 81 96 -Со 995 - А 1090;

Б) 2т 6896 - Со 2296 - А 10 905; с) 2 7495 - Со 2495-А 2 90; б) 7т 8895 - Со 1095 - А 2 905; де А являє собою будь-який елемент, вибираний з іттрію, лантану, рідкоземельного металу або їх сумішей. сB) 2t 6896 - So 2296 - A 10 905; c) 2 7495 - Со 2495-А 2 90; b) 7t 8895 - Со 1095 - А 2 905; where A is any element selected from yttrium, lanthanum, a rare earth metal, or mixtures thereof. with

Зокрема, бажаними є сплави, які містять елемент або суміш елементів А в кількості приблизно 595 за масою; більш бажані навіть сплави, що мають масовий склад 7 80,8 95 - Со 14,2 95 - А 595, який на діаграмі Фіг.1 о позначений точкою е.Particularly preferred are alloys containing the element or mixture of elements A in an amount of about 595 by weight; even alloys with a mass composition of 7 80.8 95 - Co 14.2 95 - А 595 are more desirable, which on the diagram in Fig. 1 is marked by point e.

Використання миш-металу як третього компоненту, крім цирконія і кобальту, особливо корисне в цьому винаході. Миш-метал, що позначається як ММ, являє собою суміш елементів, що містить в основному церій, Ге зо лантан ії неодим і невеликі кількості інших рідкоземельних металів. Принаймні точний склад миш-металу не є критичним, оскільки перераховані вище елементи мають схожу реакційну здатність, внаслідок чого при зміні с вмісту одного елемента хімічні властивості різних типів миш-металів залишаються по суті однаковими; отже, Ге робочі характеристики сплавів згідно з цим винаходом не залежать від конкретного складу типу миш-металу, що використовують. оThe use of mouse metal as a third component, in addition to zirconium and cobalt, is particularly useful in this invention. Mouse metal, denoted as MM, is a mixture of elements containing mainly cerium, hezolanthanum and neodymium and small amounts of other rare earth metals. At least the exact composition of mouse metal is not critical, since the elements listed above have similar reactivity, as a result of which, when the content of one element is changed, the chemical properties of different types of mouse metals remain essentially the same; therefore, the operating characteristics of the alloys according to this invention are independent of the specific composition of the type of mouse metal used. at

Сплави згідно з цим винаходом можуть бути отримані шляхом сплавлення в печі шматків або порошку ю складових металів, узятих у співвідношеннях, відповідних бажаному кінцевому складу. Бажані технології сплавлення в дуговій печі в інертній атмосфері, наприклад, при тиску аргону ЗОО0 мбар; або сплавлення в індукційній печі у вакуумі або в інертній атмосфері. У будь-якому випадку можна використати інші сучасні технології, які застосовуються в металургії при отриманні сплавів. Для сплавлення необхідні температури вище « приблизно 1000" С. в с Для того, щоб виготовити газопоглинаючі пристрої з використанням сплавів згідно з цим винаходом, чи мають вони форму пелет з одного газопоглинаючого матеріалу або зібрані у вузол з останнього на підкладці або ;» в контейнері, сплави переважно використовують у вигляді порошків, що мають розмір часток звичайно менше за 200 мкм і бажано від 40 до 125 мкм. Більший розмір часток спричиняє істотне зменшення питомої поверхні (площа поверхні на одиницю маси) матеріалу, що погіршує газосорбційні властивості, головним чином при с температурах нижче приблизно 2007 С; при розмірі часток менше за 40 мкм, хоч такі частки і можуть бути використані в деяких випадках, виникають певні проблеми при виробництві газопоглинаючих пристроїв. о Як вже згадувалося вище, у виробництві газопоглинаючих пристроїв, які можуть бути виготовлені з б використанням сплавів згідно з цим винаходом, ущільнення може бути досягнуте шляхом пресування або 5ор спікання. Пелети тільки з спресованих порошків використовуються, наприклад, при термоізоляції термосів. Коли де порошки нанесені на підкладку, як матеріал підкладки звичайно використовують сталь, нікель і сплави нікеля.Alloys according to the present invention can be obtained by fusing in a furnace lumps or powder of the constituent metals taken in ratios corresponding to the desired final composition. Preferred fusion technologies in an arc furnace in an inert atmosphere, for example, at an argon pressure of ZOO0 mbar; or fusion in an induction furnace under vacuum or in an inert atmosphere. In any case, you can use other modern technologies that are used in metallurgy to obtain alloys. Fusion requires temperatures above "about 1000" C. in s In order to make gas absorbing devices using alloys according to the present invention, whether they are in the form of pellets of a single gas absorbing material or assembled into a node from the latter on a substrate or; in the container, alloys are preferably used in the form of powders with a particle size usually less than 200 μm and preferably from 40 to 125 μm. A larger particle size causes a significant decrease in the specific surface area (surface area per unit mass) of the material, which worsens the gas sorption properties, mainly in such a way at temperatures below approximately 2007 C; with a particle size of less than 40 μm, although such particles can be used in some cases, certain problems arise in the production of gas-absorbing devices. o As already mentioned above, in the production of gas-absorbing devices, which can be manufactured using alloys according to the present invention, compaction can be achieved by pressing or 5or sintering. Pellets of only pressed powders are used, for example, in the thermal insulation of thermoses. When the powders are deposited on a substrate, the substrate material is usually steel, nickel and alloys nickel

Ф Підкладка може мати форму просто стрічки, на поверхні якої знаходиться порошок сплаву, прикріплений до неї шляхом холодного вальцювання або шляхом спікання після нанесення, здійсненого за різними технологіями; газопоглинаючий пристрій, отриманий з використанням таких стрічок, знаходить застосування в лампах.Ф The substrate can be simply in the form of a tape, on the surface of which there is an alloy powder, attached to it by cold rolling or by sintering after application, carried out using various technologies; a gas-absorbing device obtained using such tapes is used in lamps.

Підкладка може також мати форму справжнього контейнера, який може бути виконаний в будь-якій формі і може містити порошок, введений в нього звичайно шляхом ущільнення або навіть без ущільнення, наприклад, у (Ф, пристрої, де контейнер забезпечено пористою перегородкою, проникною для газу і здатною втримувати ка порошок. Деякі з цих варіантів представлені на Фіг. 2а - 2а: на Фіг. 2а показана пелета 20, отримана тільки з спресованого порошку НВГ - сплаву; на Фіг. 2Ь показаний НВГ-пристрій 30, отриманий з металевої стрічки 31, на бо яку нанесені порошки НВГ - сплавів 32; Фіг. 2с являє вигляд в розтині НВГ - пристрою 40, виготовленого з металевого контейнера 41, в якому знаходяться порошки НВГ - сплавів, з верхнім отвором 42; Фіг. 24 являє собою вигляд в розтині НВГ - пристрою 50, виготовленого з металевого контейнера 51, в якому знаходяться порошки НВГ - сплавів 52, з верхнім отвором, закритим пористою перегородкою 53.The substrate may also take the form of an actual container, which may be made in any shape and may contain the powder introduced into it usually by sealing or even without sealing, for example in (F, a device where the container is provided with a porous gas-permeable partition and capable of holding ka powder. Some of these options are presented in Fig. 2a - 2a: in Fig. 2a, a pellet 20 is shown, obtained only from a pressed powder of NVG - alloy; in Fig. 2b, an NVG device 30 is shown, obtained from a metal strip 31 , on which NVG powders of alloys 32 are applied; Fig. 2c is a sectional view of the NVG device 40, made of a metal container 41, in which there are powders of NVG alloys, with an upper opening 42; Fig. 24 is a sectional view NVH - device 50, made of a metal container 51, which contains powders of NVH - alloys 52, with the upper opening closed by a porous partition 53.

НВГ - сплави згідно з цим винаходом являють собою сплави загального призначення і, отже, мають відносно 65 низьку температуру активації і здатність сорбувати деякі гази.NVH - alloys according to this invention are general purpose alloys and, therefore, have a relatively low activation temperature and the ability to sorb some gases.

Активація, достатня для того, щоб сплави згідно з цим винаходом функціонували, може бути досягнута при їх нагріванні при 2007 С протягом 1 - 2 годин. Повної активації, що забезпечує більш високі швидкості сорбції і більш високу сорбційну здатність, досягають шляхом теплової обробки при 350" С протягом однієї години.Activation sufficient for the alloys of this invention to function can be achieved by heating them at 2007 C for 1-2 hours. Complete activation, which provides higher sorption rates and higher sorption capacity, is achieved by heat treatment at 350"C for one hour.

Після активації ці сплави можуть працювати так, що сорбують газ, крім водня, при температурі від кімнатної до теоретичної межі, визначаємої температурою плавлення. Звичайно максимальна робоча температура дорівнює приблизно 5007 С, при цьому стабільність і функціональність пристрою, що містить ці сплави, не погіршується. При кімнатній температурі сорбція протікає тільки на поверхні гранул і сорбційна здатність тому обмежена, тоді як при температурах вищих за приблизно 3007 С швидкість дифузії молекул сорбуємого газу від поверхні до ядра гранул достатня для безперервного "очищення" поверхні, внаслідок чого 7/0 підвищуються сорбційна здатність і швидкість сорбції. Оптимальна робоча температура цих сплавів залежить від конкретного призначення. Наприклад, для очищення газів оптимальна температура знаходиться в інтервалі приблизно від З00 до 400" С.Once activated, these alloys can operate to adsorb gas, other than hydrogen, at temperatures from room temperature to the theoretical limit defined by the melting point. Typically, the maximum operating temperature is approximately 5007 C, while the stability and functionality of the device containing these alloys does not deteriorate. At room temperature, sorption occurs only on the surface of the granules and the sorption capacity is therefore limited, while at temperatures higher than approximately 3007 C, the rate of diffusion of sorbed gas molecules from the surface to the core of the granules is sufficient for continuous "cleaning" of the surface, as a result of which the sorption capacity increases. and sorption rate. The optimal working temperature of these alloys depends on the specific purpose. For example, for gas purification, the optimal temperature is in the range from approximately 300 to 400 °C.

Як ії у всіх НВГ-матеріалів, сорбція водню оборотна, тому їх сорбційна властивість оцінюється по рівноважному тиску водня над сплавом, що є функцією температури і кількості сорбованого водня. З цієї точки 7/5 Зору сорбційна здатність по водню сплавів згідно з винаходом вважається дуже хорошою: рівноважний тиск водня нижче, ніж майже у всіх згаданих вище сплавів, за винятком сплаву 5 101 АК для якого, однак, необхідна температура активації 800 - 900" С.As with all NVG materials, hydrogen sorption is reversible, so their sorption property is estimated by the equilibrium pressure of hydrogen above the alloy, which is a function of temperature and the amount of sorbed hydrogen. From this point 7/5 Zor, the hydrogen sorption capacity of the alloys according to the invention is considered very good: the equilibrium pressure of hydrogen is lower than that of almost all the alloys mentioned above, with the exception of the alloy 5 101 AK for which, however, an activation temperature of 800 - 900" is required WITH.

Ї нарешті, температури, які дають сплави в процесі бурхливих реакцій сплавів згідно з цим винаходом, наприклад, з атмосферними газами, в залежності їх від складу знаходяться в інтервалі приблизно від 550 до 740" С, на відміну від температури приблизно 1200 С, яку при горінні має сплав 5 707. Отже, навіть у разі аварій, виникаючих при попаданні атмосферних газів в камеру, що містить сплав, сплави згідно з цим винаходом не досягають температури їх плавлення або температур плавлення більшості матеріалів (таких металів або сплавів, як сталь), з яких звичайно виготовлені стінки вказаних камер. Навіть у разі аварій сплав краще утримується в обмеженому просторі, зменшуючи таким чином небезпеку для робітників і обладнання. сFinally, the temperatures given by the alloys in the process of violent reactions of the alloys according to this invention, for example, with atmospheric gases, depending on their composition, are in the range from approximately 550 to 740" C, in contrast to the temperature of approximately 1200 C, which at alloy 5 707 has a flammability. Therefore, even in the event of accidents occurring when atmospheric gases enter the chamber containing the alloy, the alloys according to this invention do not reach their melting point or the melting point of most materials (such metals or alloys as steel), of which the walls of said chambers are usually made. Even in the event of accidents, the alloy is better contained in a confined space, thus reducing the danger to workers and equipment.

Винахід додатково пояснюється наступними прикладами. Ці не обмежуючі приклади ілюструють деякі варіанти здійснення винаходу і призначені для того, щоб показати кваліфікованим в даній області фахівцям і9) роботу винаходу і найкращий спосіб реалізації винаходу на практиці.The invention is further illustrated by the following examples. These non-limiting examples illustrate some embodiments of the invention and are intended to demonstrate to those skilled in the art the operation of the invention and the best way to implement the invention in practice.

Приклад 1Example 1

У цьому прикладі описано отримання згідно з цим винаходом. Ге)This example describes the acquisition according to the present invention. Gee)

Зважують 80,8 г цирконію, а також 14,2 г кобальту і 5,0 г миш-металу, що має такий склад за масою: приблизно 5095 церия, 30 9о лантану, 15 95 неодима і 5 95 інших рідкоземельних металів. Порошки змішують і с вміщують у мідний тигель, що охолоджується водою, дугової печі в атмосфері аргону з тиском 300 мбар. Сумішв «о процесі плавлення досягає температури приблизно 2000 С, яку підтримують протягом приблизно 5 хвилин.Weigh 80.8 g of zirconium, as well as 14.2 g of cobalt and 5.0 g of mouse metal, which has the following composition by mass: approximately 5095 cerium, 30 9o lanthanum, 15 95 neodymium and 5 95 other rare earth metals. The powders are mixed and placed in a water-cooled copper crucible of an arc furnace in an argon atmosphere with a pressure of 300 mbar. The mixture "about the process of melting reaches a temperature of about 2000 C, which is maintained for about 5 minutes.

Оскільки сплав отримують в дуговій печі шляхом вміщення початкових матеріалів у мідний тигель, що о охолоджується водою, тобто з високим температурним градієнтом (так звана технологія "холодної землі"), ю плавлення злитка повторюють чотири рази з метою поліпшення гомогености сплаву. Злиток, отриманий при охолодженні розплавленої маси, потім подрібнюють і отриманий порошок просівають, збираючи фракцію з розміром часток в інтервалі від 40 до 105 мкм. Цей порошок використовують при отриманні різних зразків для « проведення подальших дослідів: кожний зразок отримують пресуванням 150 мг порошку всередині контейнера кругової форми під тиском 2000 кг/см2. До кожного контейнера потім приварюють термопару для вимірювання - с температур активації і температури сплавів при проведенні досліду. а Приклад 2 ,» У цьому прикладі описано отримання іншого сплаву згідно з цим винаходом.Since the alloy is obtained in an arc furnace by placing the initial materials in a copper crucible that is cooled by water, that is, with a high temperature gradient (the so-called "cold earth" technology), the melting of the ingot is repeated four times in order to improve the homogeneity of the alloy. The ingot obtained by cooling the molten mass is then crushed and the resulting powder is sieved, collecting the fraction with a particle size in the range from 40 to 105 microns. This powder is used when obtaining various samples for further experiments: each sample is obtained by pressing 150 mg of powder inside a circular container under a pressure of 2000 kg/cm2. A thermocouple is then welded to each container to measure activation temperatures and alloy temperatures during the experiment. and Example 2. This example describes the preparation of another alloy according to the present invention.

Зважують 83,0 г цирконію, а також 14,7 г кобальту і 2,3 г миш-металу. Потім повторюють методику прикладу 1 і отримують серію ідентичних зразків. 1 Приклад З о У цьому прикладі описано отримання третього сплаву згідно з цим винаходом.Weigh 83.0 g of zirconium, as well as 14.7 g of cobalt and 2.3 g of mouse metal. Then the method of example 1 is repeated and a series of identical samples are obtained. 1 Example C o This example describes the preparation of a third alloy according to the present invention.

Зважують 76,7 г цирконію, а також 13,5 г кобальту і 9,8 г миш-металу. Потім повторюють методику прикладу (о) 1 ії отримують серію ідентичних зразків. т 50 Приклад 4 (порівняльний)Weigh 76.7 g of zirconium, as well as 13.5 g of cobalt and 9.8 g of mouse metal. Then the method of example (o) 1 is repeated and a series of identical samples are obtained. t 50 Example 4 (comparative)

У цьому прикладі описано отримання зразка сплаву 51 707. 4) Зважують 70,0 г цирконія, а також 24, 6 г ванадію і 5,4 г заліза. Потім повторюють методику прикладу 1 і отримують серію ідентичних зразків.This example describes obtaining a sample of alloy 51 707. 4) Weigh 70.0 g of zirconium, as well as 24.6 g of vanadium and 5.4 g of iron. Then the method of example 1 is repeated and a series of identical samples are obtained.

Приклад 5Example 5

Оцінку сорбції водню проводять на зразок кожного сплаву, отриманого у прикладах 1 - 4. Всі зразки о активують при 500" за протягом 10 хвилин. Сорбційні визначення проводять за методикою, описаною в стандартіThe evaluation of hydrogen sorption is carried out on a sample of each alloy obtained in examples 1 - 4. All samples are activated at 500" for 10 minutes. Sorption determinations are carried out according to the method described in the standard

АВТМ Е 798 - 82, при роботі при кімнатній температурі і тиску водня 4 х 1075 мбар. Результати цих тестів де представлені на Фіг. З у вигляді залежності швидкості сорбції (5) від кількості сорбованого газу (С); криві позначені номерами 1 - 4 відповідно для зразків 1 - 4. 60 Приклад 6AVTM E 798 - 82, when working at room temperature and hydrogen pressure of 4 x 1075 mbar. The results of these tests are presented in Fig. C in the form of the dependence of the sorption rate (5) on the amount of sorbed gas (C); curves are marked with numbers 1 - 4, respectively, for samples 1 - 4. 60 Example 6

Повторюють дослід 5 на інших чотирьох зразках, отриманих у прикладах 1 - 4, але з використанням в якості газу, що оцінюється СО. Отримані результати представлені на Фіг 4 у вигляді кривих, позначених номерами 5 - 8 відповідно для зразків 1 - 4.Experiment 5 is repeated on the other four samples obtained in examples 1 - 4, but using CO as the estimated gas. The obtained results are presented in Fig. 4 in the form of curves marked with numbers 5 - 8, respectively, for samples 1 - 4.

Приклад 7 65 Рівноважний тиск водню вимірюють для трьох сплавів винаходу, отриманих в прикладах 1 - 3, і для сплаву 5 707 прикладу 4. Спосіб вимірювання аналогічний способу, описаному в прикладі 17, але в цьому випадку посудину не вміщують в піч, а нагрівають зразок ззовні шляхом високочастотного нагріву; крім того, в цьому випадку до посудини приєднують пастку з рідким азотом, яка служить для збереження низького фонового тиску під час проведення досліду. Систему вакуумуют до залишкових 109 мбар. При працюючому насосі зразок активують шляхом високочастотного нагріву при 720 С протягом однієї години. По закінченні активації температуру зразка доводять до 700' С і посудину відключають від насосної системи. У посудину подають точно відому кількість водня і потім вимірюють рівноважний тиск водню, який встановлюється в системі через 10 хвилин. Температуру зразка потім знижують до 600 С і 500' С і вимірюють рівноважний тиск всередині судини при нових умовах. Рівноважний тиск вимірюють знов при тих же температурах, але в цьому випадку досягають 70 температури досліду, починаючи від більш низької температури. Концентрацію водню, сорбованого сплавом при різних умовах вимірювання, визначають виходячи з виміряного рівноважного тиску і об'єму системи і відомої маси сплаву.Example 7 65 The equilibrium pressure of hydrogen is measured for three alloys of the invention, obtained in examples 1 - 3, and for alloy 5 707 of example 4. The measurement method is similar to the method described in example 17, but in this case the vessel is not placed in the furnace, but the sample is heated from the outside by means of high-frequency heating; in addition, in this case, a trap with liquid nitrogen is attached to the vessel, which serves to maintain a low background pressure during the experiment. The system is evacuated to the remaining 109 mbar. With the pump running, the sample is activated by high-frequency heating at 720 C for one hour. At the end of the activation, the temperature of the sample is brought to 700' C and the vessel is disconnected from the pumping system. A precisely known amount of hydrogen is fed into the vessel and then the equilibrium pressure of hydrogen, which is established in the system after 10 minutes, is measured. The temperature of the sample is then lowered to 600 C and 500' C and the equilibrium pressure inside the vessel is measured under the new conditions. The equilibrium pressure is measured again at the same temperatures, but in this case they reach 70 experimental temperatures, starting from a lower temperature. The concentration of hydrogen sorbed by the alloy under different measurement conditions is determined based on the measured equilibrium pressure and volume of the system and the known mass of the alloy.

Рівноважний тиск (Р) у вигляді функції концентрації (С) сорбованого водню при різних температурах показано на Фіг. 5, 6, 7, які відносяться відповідно до рівноважного тиску зразків при 500, 600 і 700" с. На 75 Фіг. 5 криві позначені номерами 9 - 12 відповідно для зразків 1 - 4; на Фіг. 6 - номерами 13 - 16 відповідно для зразків 1 - 4; на Фіг. 7 - номерами 17 - 20 відповідно для зразків 1 - 4.The equilibrium pressure (P) as a function of the concentration (C) of sorbed hydrogen at different temperatures is shown in Fig. 5, 6, 7, which correspond to the equilibrium pressure of the samples at 500, 600 and 700" s. In Fig. 5, the curves are marked with numbers 9 - 12, respectively, for samples 1 - 4; in Fig. 6 - with numbers 13 - 16, respectively for samples 1 - 4; in Fig. 7 - numbers 17 - 20, respectively, for samples 1 - 4.

Приклад 8Example 8

У цьому досліді вимірюють температури, які дають сплави згідно з цим винаходом і деякі довідкові сплави, при горінні на повітрі.In this experiment, the temperatures given by the alloys according to the present invention and some reference alloys when burning in air are measured.

Випробовують зразок кожного сплаву прикладів 1 - 4, а також зразок, отриманий відповідно до прикладу 1, для кожного сплаву 51 198, 51 199 і 51 101, які були згадані в тексті. Кожний зразок, вміщують в скляну посудину, сполучену з атмосферою. Зразки, сполучені з атмосферою, нагрівають за допомогою високої частоти, яку генерує котушка, розташована на зовнішній поверхні посудини, і потужність випромінювання якої контролюють за допомогою комп'ютера, який одночасно записує температуру зразка. Для кожного зразка с спочатку вимірюють температуру горіння на повітрі. Цей попередній дослід проводять шляхом подачі до зразка лінійно зростаючої високочастотної енергії і фіксують зміну температури; спочатку спостерігається лінійне і9) підвищення температури, яке потім відхиляється від лінійної залежності у бік великих значень; температуру, відповідну цьому відхиленню, розглядають як температуру початку горіння.Test a sample of each alloy of examples 1 - 4, as well as a sample obtained according to example 1, for each alloy 51 198, 51 199 and 51 101, which were mentioned in the text. Each sample is placed in a glass vessel connected to the atmosphere. Samples in contact with the atmosphere are heated using a high frequency, which is generated by a coil located on the outer surface of the vessel, and the radiation power of which is controlled by a computer, which simultaneously records the temperature of the sample. First, the combustion temperature in air is measured for each sample. This preliminary experiment is carried out by applying linearly increasing high-frequency energy to the sample and recording the change in temperature; initially, a linear i9) increase in temperature is observed, which then deviates from the linear dependence towards large values; the temperature corresponding to this deviation is considered as the temperature of the start of combustion.

При максимальній температурі дослід проводять шляхом високочастотного нагріву кожного зразка до раніше «о виміряної початкової температури, припиняючи зовнішнє нагрівання відразу після досягнення цієї температури і вимірюючи максимальну температуру, якої досягає зразок при горінні. Точність вимірювання становить 57 С. сAt the maximum temperature, the experiment is carried out by high-frequency heating of each sample to the previously measured initial temperature, stopping the external heating immediately after reaching this temperature and measuring the maximum temperature that the sample reaches during combustion. The accuracy of the measurement is 57 S. s

Результати досліду представлені в приведеній нижче Таблиці, де кожний зразок позначений номером «о прикладу, в якому він отриманий, або торговою назвою сплаву. со зв ю ч 4 З с .The results of the experiment are presented in the Table below, where each sample is marked with the number of the example in which it was obtained, or the trade name of the alloy. so zvyu h 4 Z p.

Порівняння сорбційних властивостей сплавів винаходу і сплаву 5 707, який є кращим сплавом загального с призначення серед відомих сплавів, відносно деяких газів представлено на Фіг. З -7. Досліди проведені на водні і оксиді карбону, оскільки ці гази вносять основний внесок в залишковий тиск у вакуумованих камерах. і Графічний аналіз показує, що відносно СО сплави згідно з цим винаходом мають властивості, аналогічніA comparison of the sorption properties of the alloys of the invention and alloy 5707, which is the best general-purpose alloy among known alloys, with respect to some gases is presented in Fig. With -7. The experiments were carried out on hydrogen and carbon monoxide, since these gases make the main contribution to the residual pressure in vacuum chambers. and Graphical analysis shows that, with respect to CO, the alloys according to the present invention have similar properties

Ге» властивостям сплаву 5 707, і мають більш хороші властивості відносно водню, за винятком сплаву, що має 50р Максимальний вміст миш-металу (зразок 3), для якого характерне підвищення рівноважного тиску при високих о значеннях сорбованого водню. Максимальна температура, що досягається цими сплавами при горінні, неGe" to the properties of alloy 5 707, and have better properties relative to hydrogen, with the exception of the alloy with a maximum content of 50p of mouse metal (sample 3), which is characterized by an increase in equilibrium pressure at high values of sorbed hydrogen. The maximum temperature reached by these alloys during combustion is not

Ф перевищує приблизно 740' С, що відповідає температурі, яку може витримати метал стінок. Це дає можливість утримувати сплав у разі аварій. З метою порівняння у досліді також вимірюються максимальні температури, яких досягають при горінні деякі сплави спеціального призначення, що мають однак більш обмежене застосування в порівнянні зі сплавами згідно з цим винаходом; результати, представлені в таблиці, свідчать, що ці сплави, за винятком 51 198, при горінні дають більш високі температури і, таким чином, створюють більш серйозні проблемиF exceeds approximately 740' C, which corresponds to the temperature that the metal of the walls can withstand. This makes it possible to hold the alloy in case of accidents. For the purpose of comparison, the experiment also measures the maximum temperatures reached during combustion of some special-purpose alloys, which, however, have a more limited application compared to the alloys according to the present invention; the results presented in the table indicate that these alloys, with the exception of 51 198, give higher temperatures when burning and thus create more serious problems

Ф) з точки зору безпеки у порівнянні зі сплавами згідно з винаходом. На закінчення потрібно відмітити, що ка завдяки відносно низькій температурі активації і великому числу сорбуємих газів сплави згідно з винаходом можуть знайти широке застосування, наприклад, у вакуумованих порожнинах термосів або посудин Дюара або бо для очистки газів; крім того, оскільки ці сплави не містять токсичних металів і дають при горінні відносно низькі температури, у випадку аварій вони являють меншу небезпеку для навколишнього середовища і викликають менші проблеми з точки зору безпеки, у порівнянні зі сплавом 5 707, який має аналогічні характеристики активації і сорбції, а також у порівнянні з більшістю інших відомих газопоглинаючих сплавів, які мають менш широку область застосування. б5F) from the point of view of safety in comparison with alloys according to the invention. In conclusion, it should be noted that due to the relatively low activation temperature and the large number of adsorbed gases, the alloys according to the invention can be widely used, for example, in vacuumed cavities of thermoses or Dewar vessels or for gas purification; in addition, since these alloys do not contain toxic metals and produce relatively low combustion temperatures, in the event of accidents they present less danger to the environment and cause fewer safety problems than alloy 5 707, which has similar activation characteristics and sorption, as well as in comparison with most other known gas-absorbing alloys, which have a less wide field of application. b5

Claims

The formula of the invention

1. A non-volatile gas-absorbing alloy containing zirconium, cobalt, and one or more 2 components selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, or a rare earth metal, characterized in that the content of each alloy component on the ternary composition diagram, determined in mass fractions, is within the polygon with the vertices defined by the points: a) 2 81 965 - Со 995 - А 1095; B) 21 68 96 - So 2296 - A 10905; 70 c) 7 74 96 - So 2496 - A 295; a) 2 8895 - Co 1096 - A 290, where A is an element selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, rare earth metals or their mixture.

2. The alloy according to claim 1, which is characterized by the fact that the mass fraction of the element or mixture of elements A is 12 approximately 5,905.

3. The alloy according to claim 2, which differs in that it has the following mass composition: 7 80.8 95 -Со14,295-А590.

4. Alloy according to claim 1, characterized in that component A is a mixture of lanthanum and rare earth metals.

5. A gas-absorbing device based on a non-evaporating gas-absorbing alloy containing zirconium, cobalt, and one or more components selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, or a rare earth metal, and having a form suitable for a particular application that differs by the fact that the gas-absorbing alloy has the form of a powder and the content of each component of the alloy on the ternary diagram of the composition, determined in mass fractions, is within the polygon with the vertices defined by the points: a) 2 81 965 - Со 995 - А 1095, B) 21 68 96 - So 2296 - A 10905; с с) 7 74 96 - Со 2496 - А 295; o a) 2 8895 - Со 1096 - А 290; where A is an element selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, rare earth metals, or a mixture thereof.

6. The gas-absorbing device of claim 5, wherein the gas-absorbing alloy powder has an ee, a particle size of less than about 250 microns. with

7. The gas-absorbing device according to claim 5, characterized in that the gas-absorbing alloy powder has a particle size of 40 to 125 μm. what

8. The gas-absorbing device according to claim 5, which is characterized by the fact that the powder of the gas-absorbing alloy "9" is pressed or sintered. 3o

9. The gas-absorbing device according to claim 5, which is characterized by the fact that the gas-absorbing alloy powder is placed on a metal base.

10. The gas absorbing device according to claim 9, which is characterized in that the metal base has the form of a tape.

11. The gas-absorbing device according to claim 9, which is characterized by the fact that the metal base has the form of an open "container." From 50

12. Gas absorbing device according to claim 9, which is characterized by the fact that the metal base has the form of a container with an opening, which is closed by a porous metal partition. ;" 1 (95) (22) of 50 42) F) name) 60 b5