一種用于貯存氚的ab型儲(chǔ)氫合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及儲(chǔ)氫合金技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于貯存氚的AB型儲(chǔ)氫合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氚是一種重要戰(zhàn)略資源，在能源、國(guó)防等重要的領(lǐng)域均具有舉足輕重的作用。氚作為一種人工核素，目前僅能通過(guò)核反應(yīng)堆和加速器的核反應(yīng)獲得，并且氚會(huì)通過(guò)自發(fā)β衰變成氦3，半衰期僅為12.33a。氚的稀缺性、放射性以及在能源和國(guó)防領(lǐng)域的關(guān)鍵作用，決定了實(shí)現(xiàn)涉氚系統(tǒng)中氚的快速、安全、可靠的貯存，輸運(yùn)，供給的重要性。
[0003]氚的安全處理、儲(chǔ)存以及運(yùn)輸需要所用的儲(chǔ)氫合金室溫下氫(氚)化物平衡壓力盡可能低，以保障放射性氚的高效吸收，盡可能避免氚在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中進(jìn)入環(huán)境，造成氚的浪費(fèi)；另一方面，需要儲(chǔ)氫合金具有良好的循環(huán)壽命和較低的氚滯留量，避免氚在儲(chǔ)氫合金中的不可逆滯留。由此，選擇合適的貯氚材料，對(duì)于可控核聚變堆的發(fā)展是極為重要的關(guān)鍵技術(shù)之一O
[0004]現(xiàn)有的貯氚材料由于無(wú)法兼顧高貯氚容量、高穩(wěn)定性、低平衡離解壓力、良好的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能及較強(qiáng)固氦能力等特性，尚無(wú)法完全滿足技術(shù)需求。而用于氚的貯存、供給與回收的貯氚材料卻又是制約可控核聚變能最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一，同時(shí)也是中子管等涉氚技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步安全、可靠發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0005]現(xiàn)有的涉氚系統(tǒng)中使用的貯氚材料一般為單質(zhì)鈾，鈾具有吸放氫(氚)動(dòng)力學(xué)性能佳、室溫離解平衡壓低(10—3Pa)等優(yōu)勢(shì)，但其作為一種核材料，又存在貯氫容量偏低(140ml/g)，氫化易粉化、事故條件下易發(fā)生自燃，釋氫(氚)溫度高等缺點(diǎn)，不能完全滿足可控聚變反應(yīng)堆等涉氚工程技術(shù)領(lǐng)域中氚的安全貯存、運(yùn)輸以及供給系統(tǒng)對(duì)貯氚材料的技術(shù)要求。
[0006]金屬間化合物AB型儲(chǔ)氫合金以ZrCo合金為代表，具有優(yōu)良的低壓氫同位素捕捉能力，吸放氫(氚)動(dòng)力性能、良好的固氦能力以及相對(duì)溫和的釋氫條件，是目前研究較多的一種可用于氚的安全操作、輸運(yùn)以及儲(chǔ)存的材料。然而ZrCo合金在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生氫致歧化反應(yīng)，生成熱力學(xué)穩(wěn)定的ZrH2相和ZrCo2相，造成不可逆儲(chǔ)氫容量的損失以及其自身循環(huán)使用壽命的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于貯存氚的AB型儲(chǔ)氫合金，此儲(chǔ)氫合金具有良好的抗氫致歧化性能，優(yōu)異的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能及室溫氫化物平衡壓力。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于貯存氚的AB型儲(chǔ)氫合金的制備方法，以對(duì)AB型儲(chǔ)氫合金的制備做指導(dǎo)。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種用于貯存氚的AB型儲(chǔ)氫合金，其組分通式為Zn—xTixC0l—yFey，其中0.10.4，0.1 <y <0.2。
[0011]另外，一種上述用于貯存氚的AB型儲(chǔ)氫合金的制備方法，包括按照配比，將各原料混合后置于無(wú)氧、充滿惰性氣體、6X 14?8 X 14Pa的環(huán)境條件下熔煉，待其冷卻為鑄錠后退火。
[0012]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明包括以下有益效果:本發(fā)明是在AB型ZrCo合金的基礎(chǔ)上，分別用Ti元素(鈦元素)替代A側(cè)Zr元素(鋯元素)，用Fe元素(鐵元素)替代B側(cè)Co元素(鈷元素)，再通過(guò)退火，使合金得到較為均勻的立方晶系合金。其中，Ti元素的添加可以改變合金氫(氚)化物晶格內(nèi)氫(氚)原子在間隙位的占位分布，可大幅降低Zr元素和Co元素在反復(fù)吸放氫(氚)循環(huán)過(guò)程或高溫氫(氚)氣氛中發(fā)生氫(氚)致歧化反應(yīng)，以生成熱力學(xué)穩(wěn)定的ZrH2和ZrCo2相所導(dǎo)致不可逆儲(chǔ)氫容量的損失，Ti元素的添加能夠增強(qiáng)ZrCo合金的抗氫(氚)致歧化性能，提升ZrCo合金的循環(huán)使用壽命。但Ti元素替代含量的增加會(huì)導(dǎo)致ZrCo合金氫(氚)化物坪臺(tái)壓力的提升以及吸氫(氚)動(dòng)力學(xué)性能的下降，所以成分原料中又加入了Fe元素。Fe元素的添加能夠提高ZrCo合金吸放氫(氚)動(dòng)力學(xué)性能，降低ZrCo合金氫(氚)化物平衡壓力，其能夠有效改善因Ti元素添加而導(dǎo)致的吸氫(氚)動(dòng)力學(xué)性能與熱力學(xué)性能的衰減，補(bǔ)足缺漏。
[0013]本發(fā)明提供的儲(chǔ)氫合金為低平衡壓的儲(chǔ)氫合金，其具有室溫平衡壓力坪臺(tái)低于I(T1Pa、吸放氫(氚)速率快、循環(huán)壽命優(yōu)良、抗氫致歧化以及貯氫(氚)容量大等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于低平衡壓條件下氫及其同位素的安全處理，儲(chǔ)存、運(yùn)輸以及回收等工況，具有非常顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。此外，本發(fā)明的制備方法操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、效率高，而且成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0014]為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1 是Zr0.gT1.1Co0.9Fe0.1 儲(chǔ)氫合金放氫 P-C-T 曲線；
[0016]圖2是 Zr0.8T1.2Co().9Fe().1儲(chǔ)氫合金放氫 P-C-T曲線；
[0017]圖3 是 Zr0.τΤ?ο.3Co0.9Fe0.1 儲(chǔ)氫合金放氫 P-C-T 曲線；
[0018]圖4是儲(chǔ)氫合金的773K氫致歧化動(dòng)力學(xué)曲線；
[0019]其中(a)、(b)、(c)、(d)分別為Zr0.9T1.1Co0.9Fe0.hZr0.8T1.2Co0.9Feo」、Zr0.7T1.3Co0.9Fe0.1、現(xiàn)有的ZrCo合金的氫致歧化動(dòng)力學(xué)曲線；
[0020]圖5是Zr0.8T1.2Ccn—yFey合金活化后的室溫(300K)、壓力為10kPa吸氫動(dòng)力學(xué)曲線對(duì)比圖，
[0021 ]其中(a)、(b)分別為 21'0.8!'；[().200().8?6().2合金、21'().81'；[().200().9?6().1合金的吸氫動(dòng)力學(xué)曲線；
[0022]圖6是ZrQ.7TiQ.3C01—yFey合金活化后的室溫(300K)、壓力為10kPa吸氫動(dòng)力學(xué)曲線對(duì)比圖，
[0023]其中(a)、(b)分別為21'0.7!'；[().300().8卩6().2合金、21'().71'；[().300().9卩6().1合金的吸氫動(dòng)力學(xué)曲線；
[0024]圖7是本發(fā)明提供的X射線衍射圖，
[0025]其中(a)、(b)、(c)分別為ZrojT1.1CoojFe0.hZr0.sT1jCo0.sFeoj、Zr0.7T1.3Co().8Fe().2的X射線衍射圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品O
[0027]下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的用于貯存氚的AB型儲(chǔ)氫合金及其制備方法進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0028]用于貯存氚的AB型儲(chǔ)氫合金的組分通式為Zn—xTixC01—yFey，其中0.1 <χ<0.4，0.1<y <0.2。
[0029]其中，x、y優(yōu)選滿足0.1<x<0.2，0.1 Sy <0.15，Zr、T1、Co、Fe的原料純度均在
99%以上。以高純度原料來(lái)制取儲(chǔ)氫合金，能夠滿足儲(chǔ)氫合金自身的高標(biāo)準(zhǔn)，而且還能制得性能較好的儲(chǔ)氫合金。
[0030]另外，用于貯存氚的AB型儲(chǔ)氫合金的制備方法包括，按照配比，將各原料混合后置于無(wú)氧、充滿惰性氣體、6 X 14?8 X 14Pa的環(huán)境條件下熔煉，待