專利名稱：一種鈦鐵系貯氫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦鐵系貯氫合金，尤其涉及一種高貯氫量及低成本鈦鐵系貯氫合金，屬貯氫能源材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氫能源是一種理想的二次能源。金屬貯氫材料是開(kāi)發(fā)氫能源的關(guān)鍵之一。用金屬氫化物貯氫，不僅氫的密度可超過(guò)液態(tài)氫的密度，而且與固態(tài)氫的密度相近。此外，還具有許多其他優(yōu)點(diǎn)，如不需要?dú)怏w鋼瓶的高壓和液氫的低溫，可在常溫和常壓下使用，安全性好，可以循環(huán)使用等等。
TiFe合金是AB型貯氫合金的典型代表，它是由美國(guó)國(guó)立Brookhaven實(shí)驗(yàn)室的Reilly在1974年首先提出來(lái)的。TiFe在常溫下具有較大的可逆吸放氫量，氫化物的分解壓力僅為十個(gè)大氣壓左右，接近工業(yè)實(shí)際應(yīng)用；此外，該合金系是目前常溫貯氫金屬材料中價(jià)格最低廉的，Ti和Fe兩種元素在自然界中含量豐富，很適合在工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用，是很有前途的貯氫合金系列。美國(guó)和德國(guó)等已在汽車上試作燃料電池氫源開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車。但是，TiFe系貯氫合金活化和動(dòng)力學(xué)性能較差，貯氫容量仍不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求不斷提高的需要。為解決上述問(wèn)題，各國(guó)研究者做了許多工作。Hiroshi Nagai等人(J.Less-Common Met.1987；Vol.134，P275)研究了Ti-Fe-Mn系貯氫合金，貯氫容量達(dá)218ml/g。T.Bratanich(Int.J.Hydrogen Energy1995；Vol.20，P353)通過(guò)壓縮TiFe合金粉末或幾種合金的混合粉末來(lái)改善活化性能，用450Mpa的壓力壓縮0.1～0.2mm的TiFe粉末，形成的壓塊在100℃下就能活化。馬建新等(金屬學(xué)報(bào)，1999；Vol.35，P805)研究FeTi1.3(Mm)y合金的貯氫性能，未經(jīng)任何活化處理在室溫下就能活化，但其放氫量較低。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外金屬原材料的價(jià)格不斷上漲，研制相對(duì)貯氫容量較高而價(jià)格低廉貯氫合金的任務(wù)對(duì)貯氫材料的實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鈦鐵系貯氫合金。
本發(fā)明的另一目的是提供一種高貯氫量及低成本鈦鐵系貯氫合金用作燃料電池氫源合金。
本發(fā)明的任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鈦鐵系貯氫合金，其特征是組成如下TiaFebCrcVdLeMf，式中，L為(Ni，Co，Cu，Mo)中的一種元素，M為(Al，Si，C，S)中的一種元素，1.0≤a≤1.4，0.7≤b≤1.0，0.01≤c≤0.2，0.01≤d≤0.5，0.005≤e≤0.03，0.005≤f≤0.03。
當(dāng)e＝0和f＝0，e＝0或f＝0時(shí)，本發(fā)明的鈦鐵系貯氫合金的組成分別為T(mén)iaFebCrcVd，TiaFebCrcVdMf，TiaFebCrcVdLe。
本發(fā)明所述的鈦鐵系貯氫合金可以這樣制備首先可以按合金配方所確定的重量百份比稱取10～50克或10～20公斤，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99％以上。然后分別在非自耗真空電弧爐或真空中頻感應(yīng)爐中熔煉，熔煉時(shí)為防止氧化均在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行。采用非自耗真空電弧爐熔煉時(shí)，為保證貯氫合金成分均勻，需翻身熔煉3～4次。
本發(fā)明采用了多元合金化。多元取代后，TiFe基合金的氫化物的分解壓力從十來(lái)個(gè)大氣壓下降到幾個(gè)大氣壓，使得該合金的吸放氫壓力條件進(jìn)一步緩和。由于這些多元合金元素的取代和它們之間的交互作用，以及它們所形成的多種細(xì)小彌散的第二相分布在TiFe基體上，使得本發(fā)明的鈦鐵系貯氫合金不僅具有較高的貯氫容量，而且在較溫和的條件下就很容易活化，動(dòng)力學(xué)性能也得到改善。
另一方面本發(fā)明的鈦鐵系A(chǔ)B型貯氫合金成分設(shè)計(jì)時(shí)采用了A側(cè)元素超出了化學(xué)計(jì)量比，有利于在基體上形成較多彌散的能夠吸氫的第二相β-Ti(FeCrV)，從而提高了合金的活化和動(dòng)力學(xué)性能。
本發(fā)明的鈦鐵系A(chǔ)B型貯氫合金不僅具有較高的貯氫容量、易活化和動(dòng)力學(xué)性能好，而且成本低廉。非常適合于用作氫儲(chǔ)存器、氫氣凈化裝置和燃料電池氫燃料箱的合金。特別是在國(guó)內(nèi)外金屬原材料的價(jià)格不斷上漲今天，相對(duì)貯氫容量較高而價(jià)格低廉鈦鐵系貯氫合金特顯其對(duì)貯氫材料的大規(guī)模應(yīng)用的優(yōu)越性。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例敘述于后。
實(shí)施例一貯氫合金Ti1.09Fe0.95Cr0.04V0.03Mo0.02按合金配方所確定的重量百份比稱取30克，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99％以上。然后在非自耗真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行。為保證合金成分均勻，翻身熔煉3～4次。取5克樣品機(jī)械粉碎至50～100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中。活化在80℃下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa的氫氣，經(jīng)過(guò)5～30分鐘就可以活化，反復(fù)吸放氫4次就可完全活化。測(cè)得合金的貯氫量為234ml/g，放氫量為218ml/g。
實(shí)施例二貯氫合金Ti1.06Fe0.94Cr0.03V0.03Si0.01按合金配方所確定的重量百份比稱取30克，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99％以上。然后在非自耗真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行。為保證合金成分均勻，翻身熔煉3～4次。取5克樣品機(jī)械粉碎至50～100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中?；罨?0℃下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa的氫氣，經(jīng)過(guò)5～30分鐘就可以活化，反復(fù)吸放氫4次就可完全活化。測(cè)得合金的貯氫量為242ml/g，放氫量為221ml/g。
實(shí)施例三對(duì)鈦鐵系A(chǔ)B型貯氫合金，按合金配方所確定的重量百份比稱取20克，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99％以上。然后在非自耗真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行。為保證合金成分均勻，翻身熔煉3～4次。取5克樣品機(jī)械粉碎至50～100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中。活化在80℃下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa的氫氣，經(jīng)過(guò)5～30分鐘就可以活化，反復(fù)吸放氫數(shù)次就可完全活化。測(cè)得鈦鐵系貯氫合金的貯氫量和放氫量的數(shù)據(jù)列于下表。

實(shí)施例四按合金設(shè)計(jì)配方Ti1.05Fe0.9Cr0.04V0.04Cu0.01Al0.01所確定的重量百份比稱取15公斤，試驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99％以上，其中V用VFe(V和Fe的重量比為4∶1)替代。在真空中頻感應(yīng)爐中在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行熔煉，澆注在通水的水冷模中冷卻。貯氫合金樣品經(jīng)機(jī)械粉碎至50～100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中?；罨?0℃下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa的氫氣，經(jīng)過(guò)5～30分鐘就可以活化，反復(fù)吸放氫3次就可完全活化。該合金的貯氫量為248ml/g，放氫量為230ml/g。
實(shí)施例五貯氫合金Ti1.3Fe0.85Cr0.04V0.25Ni0.01Si0.005按合金配方所確定的重量百份比稱取50克，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99％以上。然后在非自耗真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行。為保證合金成分均勻，翻身熔煉3～4次。取5克樣品機(jī)械粉碎至50～100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中?；罨?0℃下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa的氫氣，經(jīng)過(guò)5～30分鐘就可以活化，重復(fù)吸放氫2次就可完全活化。測(cè)得該合金的貯氫量為203ml/g，放氫量為165ml/g。
實(shí)施例六貯氫合金Ti1.4Fe0.85Cr0.04V0.35Co0.01Sn0.005按合金配方所確定的重量百份比稱取50克，實(shí)驗(yàn)所用的金屬單質(zhì)原料的純度均在99％以上。然后在非自耗真空電弧爐中在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行。為保證合金成分均勻，翻身熔煉3～4次。取5克樣品機(jī)械粉碎至50～100目，再將樣品裝入不銹鋼的反應(yīng)容器中?；罨?0℃下抽真空1小時(shí)，然后通入4Mpa的氫氣，經(jīng)過(guò)5～30分鐘就可以活化，重復(fù)吸放氫2次就可完全活化。測(cè)得該合金的貯氫量為183ml/g，放氫量為139ml/g。
權(quán)利要求
1.一種鈦鐵系貯氫合金，其特征是組成如下TiaFebCrcVdLeMf，式中，L為(Ni，Co，Cu，Mo)中的一種元素，M為(Al，Si，Sn，C，S)中的一種元素，1.0≤a≤1.4，0.7≤b≤1.0，0.01≤c≤0.2，0.01≤d≤0.5，0.005≤e≤0.03，0.005≤f≤0.03。
2.按權(quán)利要求1所述的鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中當(dāng)L為(Ni，Cu，Co)中的一種元素時(shí)，M為(Al，Si，Sn)中的一種元素。
3.按權(quán)利要求1所述的鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中當(dāng)L為Mo元素時(shí)，M為(C，S)中的一種元素。
4.按權(quán)利要求1所述的鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中e＝0和f＝0。
5.按權(quán)利要求1所述的鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中e＝0或f＝0。
6.按權(quán)利要求1所述的鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中1.0≤a≤1.1，0.85≤b≤0.95，0.03≤c≤0.1，0.03≤d≤0.1。
7.按權(quán)利要求1所述的鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中0.01≤e≤0.02，0.005≤f≤0.01。
8.按權(quán)利要求1所述的鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成為T(mén)i1.3Fe0.85Cr0.04V0.25Ni0.01Si0.005。
9.按權(quán)利要求1所述的鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成為T(mén)i1.4Fe0.85Cr0.04V0.35Co0.01Sn0.005。
10.按權(quán)利要求1所述的鈦鐵系貯氫合金，其特征在于合金組成中的釩用釩鐵替代。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦鐵系貯氫合金，其組成是Ti
文檔編號(hào)C22C14/00GK1664141SQ20051002459
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者張金龍, 方守獅, 林根文, 葛建生, 周自強(qiáng), 王澤華 申請(qǐng)人:上海大學(xué)