專利名稱：高儲氫量的鈦－錳基儲氫合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高儲氫量的鈦-錳基儲合金及制備方法。制備的合金形成Ti-Mn基C14Laves相儲氫合金擁有較好的吸放氫動力學(xué)性能。屬于儲氫合金領(lǐng)域。
Ti系儲氫合金以TiMn2為代表，此類合金擁有較高的吸放氫量(1.8％左右)，較好的吸放氫動力學(xué)，以及較低的價格。比較適用于氫氣儲存與輸送。日本松下公司在優(yōu)化Ti-Mn成分時發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mn/Ti＝1.5時室溫儲氫量達(dá)到最大，這就是TiMn1.5H2.4繼TiMn1.5合金研究后，發(fā)展了以TiMn2為基的各種Ti-Mn基多元儲氫合金，例如日本中央研究所的Ti0.8Zr0.2Mn0.8Cr1.2(蒲生孝治等.National Technical Report，1983，29(1)78)，德國Benz公司研制的Ti0.98Zr0.2Mn1.5V0.43Fe0.09Cr0.05(Topler J，F(xiàn)eucht K.Z.Phys.Chem.，1989，1641451)，美國Carnegie-Mellon大學(xué)研制的Ti0.9Zr0.3Mn1.3Cu0.05Mo0.05V0.2Cr0.2(Ming Au，Pouraian F，Simizu S et al.J.Alloys Comp.，1995，231907)以及北京有色金屬研究總院研制的一系列Ti-Mn基儲氫合金(Zhan Feng，Bao Deyou，Jiang Lijunet al.J.Alloys Comp.，1995，2231)。但是，這些合金仍存在許多問題，例如儲氫量低于2wt％，吸放氫平臺在20atm以上等，這些問題嚴(yán)重制約了該類合金的實際應(yīng)用。
本發(fā)明所述的儲氫合金的分子式組成為TiMnxCryMz，式中0.7≤x≤1.2，0.2≤v＜0.6，0.1＜z＜0.4，1.3≤x+y+z≤1.8，M至少為元素Fe、Ni、Al、Cu和V中的一種或兩種。儲氫量達(dá)到2wt％左右，最大的可達(dá)2.1wt％，這是在Fe和V同時摻雜，且V/Fe/＝4/1時性能最好。
本發(fā)明所述合金可通過如下方法制備純度均在99.5％以上單質(zhì)元素按比例稱取50g。然在磁懸浮高頻感應(yīng)爐中氫氣保護(hù)下熔煉。為了保證合金的均勻性，合金反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉3至4次，由于Mn的熔點較低，熔煉時容易揮發(fā)，所以配料時按比例多加一定的重量(3.2％)。熔煉所得樣品在900℃～1300℃下進(jìn)行5～30小時的退火處理。
本發(fā)明所述合金在大氣中機(jī)械破碎至1mm以下用于PCT測試，取3克樣品裝入PCT測試儀的不銹鋼桶反應(yīng)器中，抽真空并加熱至200℃，冷卻后，通入3MP的氫氣(純度在99.999％)，反復(fù)吸放氫幾次待吸氫量穩(wěn)定后分別進(jìn)行不同溫度的吸放氫性能(PCT)測試。合金破碎至200目以下進(jìn)行XRD測試。
圖2為合金TiMn0.95Cr0.25V0.2Ni0.1退火前和退火后在20℃的吸放氫曲線圖，圖中橫坐標(biāo)為氫的質(zhì)量百分含量，用wt％表示，縱坐標(biāo)為壓力P。
圖3為合金TiMn0.85Cr0.35V0.24Fe0.06退火前后的XRD圖。
圖4為合金TiMn0.85Cr0.35V0.24Fe0.06在20℃時的吸放氫曲線圖，圖中橫坐標(biāo)為氫的質(zhì)量百分含量，用wt％表示，縱坐標(biāo)為壓力P。
實施例2設(shè)計合金組份為TiMn1.25Cr0.3Cu0.2，實驗所用原料的純度均在99.5％以上，配取50克樣品在高頻磁懸浮熔煉爐上反復(fù)熔煉4次，以確保合金均勻。然后在氬氣保護(hù)下退火處理，退火條件為1000℃下10小時。所得退火樣品用機(jī)械方法打磨掉其表面的氧化層。取2克機(jī)械破碎至200目以下進(jìn)行XRD測試，XRD結(jié)果表明合金為C14Laves相結(jié)構(gòu)。取3克機(jī)械破碎至80目進(jìn)行PCT測試，PCT結(jié)果的放氫曲線如

圖1，從圖1可以看出，該合金具有較大的放氫量(2wt％左右)，而本發(fā)明范圍之外的TiMn1.25Cr0.25合金放氫量較小。且該合金形成C14Laves相結(jié)構(gòu)，其余同實施例1。
實施例3設(shè)計合金組份為TiMn1.25Cr0.2V0.2，實驗所用原料的純度均在99.5％以上，配取50克樣品在高頻磁懸浮熔煉爐上反復(fù)熔煉3次，以確保合金均勻。然后在氬氣保護(hù)下退火處理，退火條件為1000℃下10小時。所得退火樣品用機(jī)械方法打磨掉其表面的氧化層。取2克機(jī)械破碎至200目以下進(jìn)行XRD測試，XRD結(jié)果表明合金為C14Laves相結(jié)構(gòu)。取3克機(jī)械破碎至80目進(jìn)行PCT測試，PCT結(jié)果的放氫曲線如圖1，從圖1可以看出，該合金具有較大的放氫量(2wt％左右)，而本發(fā)明范圍之外的TiMn1.25Cr0.25合金放氫量較小。且合金形成C14Laves相結(jié)構(gòu)，其余同實施例1。
實施例4設(shè)計合金組份為TiMn0.95Cr0.25V0.2Ni0.1，實驗所用原料的純度均在99.5％以上。配取50克樣品在高頻磁懸浮熔煉爐上反復(fù)熔煉4次，以確保合金均勻。取部分樣品在氬氣保護(hù)下退火處理24小時(退火溫度為950℃)。所得退火樣品用機(jī)械方法打磨掉其表面的氧化層。取2克機(jī)械破碎至200目以下進(jìn)行XRD測試，XRD結(jié)果表明合金為C14Laves相結(jié)構(gòu)。分別取退火前后的樣品3克機(jī)械破碎至80目進(jìn)行PCT測試，PCT結(jié)果如圖2。PCT結(jié)果顯示退火后的合金儲氫量由退火前的1.4％wt增加到了2.03wt％。其余同實施例1。
實施例5設(shè)計合金組份為TiMn0.85Cr0.35V0.24Fe0.06，實驗所用原料的純度均在99.5％以上。配取50克樣品在高頻磁懸浮熔煉爐上反復(fù)熔煉4次，以確保合金均勻。然后在氬氣保護(hù)下退火處理，退火條件為1200℃下10小時。所得退火樣品用機(jī)械方法打磨掉其表面的氧化層。取2克機(jī)械破碎至200目以下進(jìn)行XRD測試，XRD結(jié)果表明合金為C14Laves相結(jié)構(gòu)(圖3)。取樣品3克機(jī)械破碎至80目進(jìn)行PCT測試，PCT結(jié)果如圖4，PCT結(jié)果顯示該合金的儲氫容量達(dá)到了2.1％wt，放氫平臺在1～10atm之間。其余同實施例1。
權(quán)利要求
1.一種高儲氫量的鈦-錳基儲氫合金，其特征在于合金的組份為TiMnxCryMz，式中0.7≤x≤1.2，0≤y＜0.6，0.1＜z＜0.4，1.3≤x+y+z≤1.8，M至少為元素Fe、Ni、Al、Cu和V中一種或二種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高儲氫量的鈦-錳基儲氫合金，其特征在于所述的合金組份形成C14Laves結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高儲氫量的鈦-錳基儲氫合金，其特征在于所述的合金組份為TiMn1.15Cr0.25Ni0.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高儲氫量的鈦-錳基儲氫合金，其特征在于所述的合金的組份為TiMn1.25Cr0.3Cu0.2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高儲氫量的鈦-錳基儲氫合金，其特征在于所述的合金的組份為TiMn1.25Cr0.2V0.2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高儲氫量的鈦-錳基儲氫合金，其特征在于所述的合金的組份為TiMn0.95Cr0.25V0.2Ni0.1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高儲氫量的鈦-錳基儲氫合金，其特征在于所述的合金的組份為TiMn0.85Cr0.35V0.24Fe0.06。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、5、6或7所述的高儲氫量的鈦-錳基儲氫合金制備方法，包括純度為99.5％以上單質(zhì)元素，按稱取后在磁懸浮高頻感應(yīng)爐中氬氣保護(hù)下熔煉，其特征在于合金反復(fù)熔煉3～4次，按比例配料再多加3.2wt％的Mn以及熔煉后合金在900-1300℃進(jìn)行5-30小時的退火處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高儲氫量的鈦－錳基儲合金及制備方法，其特征在于合金的組成的分子式為TiMn
文檔編號B01J20/02GK1438342SQ0311583
公開日2003年8月27日 申請日期2003年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
發(fā)明者余學(xué)斌, 吳鑄, 黃太仲, 陳金舟 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所