專利名稱：：一種Mg-Ni系儲氫合金的制備方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于金屬功能材料中的貯氫合金的制備，特別涉及一種放電等離子燒結技術。
背景技術：
：人類發(fā)展到現(xiàn)在，能源問題已經是擺在我們面前的一個嚴重的危機?；剂献罱K必定會枯竭，并且在使用的過程中也會造成大量的環(huán)境污染問題，嚴重影響人類的生存。因此，對于新型的環(huán)保型的能源的開發(fā)己經是迫在眉睫，各國對此也紛紛采取有效的措施來展開這項工作。在諸多新型能源中，氫能因是環(huán)保型能源而備受人們的青睞，氫是一種熱值很高的燃料。氫氧結合的燃燒產物是最干凈的物質一水，沒有任何污染。未來最有前途的燃料電池也主要是以氫為能源。氫的來源非常豐富，若能從水中制取氫，則可謂取之不盡、用之不竭。然而利用氫能首先需要解決氫氣的存儲問題，儲氫合金則正是為解決這一問題而開發(fā)的。利用儲氫合金儲存氫氣，實施起來簡單，儲存量大，也避免了用高壓鋼瓶存儲帶來的爆炸的危險，是最有前景的存儲方法。在儲氫合金中鎂基合金是目前最具發(fā)展前途的儲氫材料之一。它具有單位質量儲氫容量高、價格低廉、資源豐富、環(huán)境友好等一系列優(yōu)點，因此引起各國科學家的高度重視。如以Mg-Ni系合金為代表的A2B型鎂基儲氫合金，它的儲氫量很高，其中Mg2Ni的的理論儲氫量可達3.6wt。/。，吸放氫的溫度也比純鎂大大降低，動力學性能得到大大改善，但是吸放氫速度還是很慢，吸放氫溫度仍然較高。另外，由于Mg是一種非?；顫姷慕饘?，很容易被氧化、腐蝕，其氧化膜疏松，容易受到進一步的氧化和腐蝕，在高溫熔煉時容易發(fā)生氧化、燃燒甚至爆炸，這導致了Mg基儲氫合金的制備上也存在一些難題。目前國內外制備Mg基儲氫材料的方法主要有熔煉法，普通燒結法、氫化燃燒法以及機械合金化法。對于Mg-Ni基合金，由于Mg、Ni的熔點和揮發(fā)性相差較大，通過傳統(tǒng)熔煉法來制備Mg-Ni合金時，需要經過多次不斷添加Mg進行再熔煉，當母合金制備出來了，快淬過程中母合金又需重熔，Mg會進一步揮發(fā)，傳統(tǒng)的熔煉和傳統(tǒng)的快淬工藝過程造成Mg-Ni基儲氫材料的成份難以控制；相比較而言，機械合金化法能夠克服鎂金屬熔點低、蒸汽壓高的缺點，但機械合金化制備鎂基儲氫合金需要很長的球磨時間，少則3天，多則6-8天，制備效率較低，且易引入雜質污染；氫化燃燒法是一種固態(tài)燃燒反應，通常在氬氣或氫氣氣氛中固態(tài)燃燒合成Mg-Ni基合金，具有省能、設備簡單的優(yōu)勢，但其主要缺點是重復性差；普通燒結法制備Mg-Ni基合金不易帶入雜質，在合成溫度不高的情況下，鎂的飽和蒸汽壓較小，容易控制合金的成分配比及含量，但缺點是燒結時間長，難以大批量生產。中國200610113072.2號發(fā)明專利公開了一種放電等離子燒結法(SparkPlasmaSintering,簡稱SPS)制備儲氫合金的方法，其主要制備的是La-Mg-Ni系合金，該合金體系中Mg占的比重較少，側重的是SPS對合金電化學性能影響，應用于二次電池領域，中國200510033055.3號發(fā)明專利申請了用熔煉法和普通粉末燒結法制備REL2《Mg3Niy貯氫合金，其中熔煉法主要工藝參數(shù)為抽真空l(^Pa以上，調節(jié)功率范圍為535kw，溫度為6001200°C，燒結法主要工藝參數(shù)為50080(TC的燒結溫度，120小時的燒結時間；陳玉安，傅潔等采用機械合金化球磨24h內制得性能較好的Mg-Al-Ni系儲氫材料，該材料30(TC下最大吸氫量為3.13%,20分鐘左右吸氫到97%。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種用放電等離子燒結技術(SPS)制備Mg-Ni系儲氫合金的方法，用于解決Mg含量高的儲氫合金的制備難題，并且通過不斷探索調整放電等離子燒結的具體工藝參數(shù)，使得制備出的Mg-Ni系儲氫合金具有良好性能。制備方法包括以下步驟將原料Mg粉Ni粉和NdNi合金粉(其中NdNi合金由真空感應熔煉制備，然后機械研磨制粉過200目篩)，按儲氫合金Mg2.xNdxNi中各元素的配比配置，其中0.1《x《0.5;將配好的合金粉末用行星式球磨機混合均勻，然后將粉末裝入SPS專用模具(020mm)進行壓型；壓型后再將裝有原始粉末的模具在真空氣氛下進行放電等離子體燒結。燒結的工藝制度加熱速度為50-150°C/min，燒結溫度400-500°C，燒結壓力10-30MPa，保溫時間5-10min。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用了放電等離子燒結技術中獨有的特點，即采用ON-OFF直流脈沖電壓印加到粉體試料上，綜合利用了放電沖擊壓力和焦爾加熱所引起的燒結促進作用和脈沖放電初期粉體間產生的火花放電現(xiàn)象所引起的燒結促進作用，有效的利用了粉末內部的自身發(fā)熱作用而進行燒結，同時燒結過程中晶粒受脈沖電流加熱和垂直單向壓力的作用，晶粒表面易活化，體擴散、晶界擴散都得到了加強，從而實現(xiàn)了低溫快速燒結。由于燒結溫度低，Mg的飽和蒸汽壓低，同時由于燒結是在金屬熔點以下進行，因此很好的克服了Mg、Ni熔點和揮發(fā)性差別大難以制備合金的缺點，另外，該制備工藝簡單省時，可控性、重復性好，成本低，制得的儲氫合金呈多相結構，活化性能良好，吸放氫動力學性能好，PCT平臺特性良好，放氫率高，吸放氫可逆性好。圖148(TC燒結溫度制備的Mg17Nda3Ni合金的XRD圖譜圖245(TC燒結溫度制備的MguNdc^Ni合金的XRD圖譜圖3430。C燒結溫度制備的Mgl.9NdaiNi合金的XRD圖譜具體實施例方式實施例1:制備Mgl.7Nda3Ni合金將原料Mg粉Ni粉和NdNi合金粉按Mg17Nda3Ni配比稱取，然后將粉末裝入SPS專用模具(O20mm)進行壓型，再將裝有原始粉末的模具在真空氣氛下進行放電等離子體燒結。燒結工藝制度為加熱速度為100°C/min，燒結溫度為48(TC，加壓20MPa，保溫時間5min，然后爐冷，冷卻至室溫。制成合金的XRD檢測結果如圖1所示，證明該合金為多相結構。實施例2:制備Mgl.8Nda2Ni合金將原料Mg粉Ni粉和NdNi合金粉按MguNda2Ni配比稱取，然后將粉末裝入SPS專用模具(O20mm)進行壓型，再將裝有原始粉末的模具在真空氣氛下進行放電等離子體燒結。燒結工藝制度為加熱速度為100°C/min，燒結溫度為45(TC，加壓20MPa，保溫時間5min，然后爐冷，冷卻至室溫。制成合金的XRD檢測結果如圖2所示，證明該合金為多相結構。實施例3:制備MgL9Nd(nNi合金將原料Mg粉Ni粉和NdNi合金粉按MgwNd(nNi配比稱取，然后將粉末裝入SPS專用模具(0)20mm)進行壓型，再將裝有原始粉末的模具在真空氣氛下進行放電等離子體燒結。，燒結工藝制度為加熱速度為100°C/min，燒結溫度為430°C，加壓20MPa，保溫時間5min，然后爐冷，冷卻至室溫。制成合金的XRD檢測結果如圖3所示，證明該合金為多相結構。實驗結果見下表表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權利要求1、一種Mg-Ni系儲氫合金的制備方法，其特征在于，將原料Mg粉Ni粉和NdNi合金粉按儲氫合金Mg2-xNdxNi中各元素的配比配置，其中0.1≤x≤0.5；用行星式球磨機混合均勻，然后將粉末裝入放電等離子燒結專用模具進行壓型；壓型后將模具在真空氣氛下進行放電等離子體燒結，燒結時，加熱速度為50-150℃/min，燒結溫度400-500℃，燒結壓力10-30MPa，保溫時間5-10min。全文摘要一種Mg-Ni系儲氫合金的制備方法，屬于金屬功能材料中的貯氫合金的制備。本發(fā)明采用放電等離子燒結技術，將Mg粉、Ni粉和NdNi合金粉按儲氫合金Mg<sub>2-x</sub>Nd<sub>x</sub>Ni配比配置，其中0.1≤x≤0.5；用行星式球磨機混合均勻，然后將粉末裝入SPS專用模具進行壓型；再將裝有原始粉末的模具在真空氣氛下進行放電等離子體燒結。燒結時，加熱速度為50-150℃，燒結溫度400-500℃，燒結壓力10-30MPa，保溫時間5-10min。本發(fā)明解決了Mg-Ni系儲氫合金制備困難的問題，并且制備工藝簡單省時，可控性好、成本低，制得出的儲氫合金呈多相結構，活化性能良好，吸放氫動力學性能好，PCT平臺特性良好，放氫率高，吸放氫可逆性好。文檔編號C22C30/00GK101575679SQ20091008730公開日2009年11月11日申請日期2009年6月22日優(yōu)先權日2009年6月22日發(fā)明者孫俊偉,尹海清,曲選輝,平李,騰王,謝東輝申請人:北京科技大學