專利名稱：一種bcc結構鎂鈦基復合儲氫合金的制備及其用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種復合儲氫合金，具體是一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的制備及其用途。技術背景
目前，環(huán)保問題正在困擾著整個世界，傳統(tǒng)能源燃燒產物對環(huán)境的污染正被人們所重視。氫燃燒生成水，對環(huán)境沒有污染，引起了人們對氫能的高度關注，然而存貯和運輸面臨的問題成為其發(fā)展的障礙。氫與金屬、氫與金屬間化合物反應生成金屬氫化物被認為是解決這一問題的有效途徑之一。金屬氫化物中，氫原子主要占據在金屬原子間的間隙位置上，因此，間隙位置的多少直接影響著金屬氫化物的儲氫量。具有BCC結構的儲氫合金與具有FCC結構或者HCP結構的儲氫合金相比，其間隙位置更多，能存儲氫原子的位置更多受到了廣大學者的青睞。在這類儲氫合金中，由于鎂以及鎂基儲氫合金具有較高的能量密度被認為是最具發(fā)展前景的儲氫材料之一。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的制備及其用途。
本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下
I. 一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的化學組成為Mg7(l_xTi12+xNi12Mn6，式中 χ=8, 16，24，32。
2. 一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的制備方法，制備步驟如下
I)在惰性氣體保護下，將純度均在99. 9%以上的Mg、Ti、Ni、Mn金屬粉末按照 Mg:Ti:Ni:Mn=(70-x) : (12+x) :12:6 的原子比，式中 x=8, 16，24，32，置于球磨罐中；
2)以球料質量比為20:1的不銹鋼球置于球磨罐中，其中大球4個，直徑為8mm，其余直徑分別為4mm和2mm的中球和小球，中球和小球的個數比例為1:1;
3)第一次開始球磨前，對球磨罐抽真空,先預抽4分鐘，接著充入3atm氬氣，這樣反復3次，最后充入3atm氬氣后進行球磨，第一次球磨時間為30小時；
4)從第二次球磨開始，每間隔10小時打開球磨罐，對球磨罐進行處理，避免合金粉末粘罐，打開球磨罐時是在真空手套箱中進行，真空手套箱中加入Iatm純度為99. 9%的 IS氣；
5)在球磨過程中行星球磨機的轉速為300轉/分，每運行30分鐘，停止10分鐘后再進行反轉，總共球磨時間為400小時，得到BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金。
3. 一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的制備方法，制備步驟如下
I)在惰性氣體保護下，將純度均在99. 9%以上的Mg、Ti、Ni、Mn金屬粉末按照 Mg:Ti:Ni:Mn= (70-24) (12+24) 12 6 的原子比，置于球磨罐中;
2)以球料質量比為20 I的不銹鋼球置于球磨罐中，其中大球4個，直徑為8mm， 其余直徑分別為4mm和2mm的中球和小球，中球和小球的個數比例為1:1;4
3)第一次開始球磨前，對球磨罐抽真空，先預抽4分鐘，接著充入3atm氬氣，這樣反復3次，最后充入3atm氬氣后進行球磨，第一次球磨時間為30小時；
4)從第二次球磨開始，每間隔10小時打開球磨罐，對球磨罐進行處理，避免合金粉末粘罐，打開球磨罐時是在真空手套箱中進行，真空手套箱中加入Iatm純度為99. 9%的IS氣；
5)在球磨過程中行星球磨機的轉速為300轉/分，每運行30分鐘，停止10分鐘后再進行反轉，總共球磨時間為200小時，得到BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金。
4. 一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的制備方法，制備步驟如下
I)在惰性氣體保護下，將純度均在99. 9%以上的Mg、Ti、Ni、Mn金屬粉末按照 Mg:Ti:Ni:Mn= (70-32) (12+32) 12 6 的原子比，置于球磨罐中;
2)以球料質量比為20 I的不銹鋼球置于球磨罐中，其中大球4個，直徑為8mm， 其余直徑分別為4mm和2mm的中球和小球，中球和小球的個數比例為1:1;
3)第一次開始球磨前，對球磨罐抽真空，先預抽4分鐘，接著充入3atm氬氣，這樣反復3次，最后充入3atm氬氣后進行球磨，第一次球磨時間為30小時；
4)從第二次球磨開始，每間隔10小時打開球磨罐，對球磨罐進行處理，避免合金粉末粘罐，打開球磨罐時是在真空手套箱中進行，真空手套箱中加入Iatm純度為99. 9%的 IS氣；
5)在球磨過程中行星球磨機的轉速為300轉/分，每運行30分鐘，停止10分鐘后再進行反轉，總共球磨時間為200小時，得到BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金。
上述的鎂鈦基復合儲氫合金的用途，是用鎂鈦基復合儲氫合金制備成燃料電池， 主要應用于氫能存貯系統(tǒng)中。
本發(fā)明優(yōu)點
經機械合金化法制備的Mg7Q_xTi12+xNi12Mn6 (x=8, 16，24，32)合金，經過200小時的機械球磨后，在x=24和x=32對應合金中出現(xiàn)鎂鈦基BCC結構，為以后鎂鈦基BCC結構儲氫合金的研究奠定基礎。


圖I是Mg62Ti2QNi12Mn8合金經過不同球磨時間的XRD圖。
圖中，橫坐標為掃描角度，用2 Θ來表示，縱坐標為衍射峰強度，用Intensity來表/Jn ο
圖2是Mg54Ti28Ni12Mn6合金經過不同球磨時間的XRD圖。
圖中，橫坐標為掃描角度，用2 Θ來表示，縱坐標為衍射峰強度，用Intensity來表/Jn ο
圖3是Mg46Ti36Ni12Mn6合金經過不同球磨時間的XRD圖。
圖中，橫坐標為掃描角度，用2 Θ來表示，縱坐標為衍射峰強度，用Intensity來表/Jn ο
圖4是Mg38Ti44Ni12Mn6合金經過不同球磨時間的XRD圖。
圖中，橫坐標為掃描角度，用2 Θ來表示，縱坐標為衍射峰強度，用Intensity來表/Jn ο
圖5 是 Mg70_xTi12+xNi12Mn6 (x=8, 16，24，32)合金球磨 200 小時氫化物的 DTA 曲線。
圖中，橫坐標為加熱溫度,用Temperature來表示,縱坐標為差熱,用Heat flow來表不。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
實施例I
本發(fā)明將Mg Ti Ni Mn=62 20 12 6的原子比配置好樣品，以球料比為20 1，轉速為300轉/分情況下進行機械球磨，球磨機第一次運行時間為30小時，然后在真空手套箱中，在氬氣保護下，打開球磨罐對合金進行破碎處理，為防止合金粉末粘罐和粘球，從第二次運行開始，每間隔10小時在氬氣保護下對合金粉末進行處理，總共運行時間為400小時。其次分不同的時間段(在50小時，100小時，200小時，400小時各取一次樣品)采集樣品，每次采集的樣品為3g左右，為保證球料比不變，在每次取出樣品時相應的把磨球同時取出。采集后的樣品經過研磨后過200目篩，最后將過篩后的鎂鈦基儲氫合金進行XRD以及DTA測試。XRD測試結果如圖I所示，Mg62Ti2tlNi12Mn8合金在球磨50小時階段，混合物中相結構主要由具有HCP和FCC結構組成；當球磨時間為100小時，Mn以及部分Ni固溶到Ti元素中；球磨時間為200小時后，Ni進一步固到Mg和Ti晶格內部中；當球磨時間增加到400小時后，具有HCP結構的衍射峰幾乎全部消失，合金中單質相基本上完全固溶在一起，合金中僅出現(xiàn)FCC和BCC結構。DTA測試結果如圖5，經過200小時球磨后Mg62Ti2tlNi12Mn8 (對應x=8)合金的氫化物在加熱過程出現(xiàn)兩個吸熱峰，第一個吸熱峰為397°C，第二個脫氫峰的位置為553°C。
實施例2
本發(fā)明將Mg Ti Ni Mn=54 28 12 6的原子比配置好樣品，以球料比為20 1，轉速為300轉/分情況下進行機械球磨，球磨機第一次運行時間為30小時，然后在真空手套箱中，在氬氣保護下，打開球磨罐對合金進行破碎處理，為防止合金粉末粘罐和粘球，從第二次運行開始，每間隔10小時在氬氣保護下對合金粉末進行處理，總共運行時間為400小時。其次分不同的時間段(在50小時，100小時，200小時，400小時各取一次樣品)采集樣品，每次采集的樣品為3g左右，為保證球料比不變，在每次取出樣品時相應的把磨球同時取出。采集后的樣品經過研磨后過200目篩，最后將過篩后的鎂鈦基儲氫合金進行XRD以及DTA測試。XRD測試結果如圖2所示，Mg54Ti28Ni12Mn6合金在球磨50小時階段，混合物中相結構主要由具有HCP和FCC結構組成；當球磨時間為100小時，Mn以及部分 Ni固溶到Ti元素中；球磨時間為200小時時，Ni進一步固到Mg和Ti晶格內部中；球磨時間增加到400小時后，具有HCP結構的衍射峰幾乎全部消失，合金中單質相基本上完全固溶在一起，合金中僅出現(xiàn)FCC和BCC結構。DTA測試結果如圖5，圖5中經過200小時球磨后Mg54Ti28Ni12Mn6 (對應x=16)合金的氫化物在加熱過程出現(xiàn)兩個吸熱峰，第一個吸熱峰為 415°C，第二個脫氫峰的位置為555°C。
實施例3
本發(fā)明將Mg Ti Ni Mn=46 36 12 6的原子比配置好樣品，以球料比為20 1，轉速為300轉/分情況下進行機械球磨，球磨機第一次運行時間為30小時，然后在真空手套箱中，在氬氣保護下，打開球磨罐對合金進行破碎處理，為防止合金粉末粘罐和粘球，從第二次運行開始，每間隔10小時在氬氣保護下對合金粉末進行處理，總共運行時間為400小時。其次分不同的時間段(在50小時，100小時，200小時，400小時各取一次樣品)采集樣品，每次采集的樣品為3g左右，為保證球料比不變，在每次取出樣品時相應的把磨球同時取出。采集后的樣品經過研磨后過200目篩，最后將過篩后的鎂鈦基儲氫合金進行XRD以及DTA測試。XRD測試結果如圖3所示，Mg46Ti36Ni12Mn6合金在球磨50小時階段，混合物中相結構主要由具有HCP和FCC結構組成；當球磨時間為100小時時，Mn以及部分Ni 固溶到Ti元素中；當球磨時間增加到200小時時，Ni進一步固到Mg和Ti晶格內部中，在 2 Θ =43. 1° ,63. 1°和70. 7°附近，出現(xiàn)BCC結構相；當球磨時間增加到400小時時，具有 HCP結構的衍射峰幾乎全部消失，合金中單質相基本上完全固溶在一起，合金中僅出現(xiàn)FCC 和BCC結構。DTA測試結果如圖5，圖5中經過200小時球磨后Mg46Ti36Ni12Mn6 (對應x=24) 合金的氫化物在加熱過程都出現(xiàn)三個吸熱峰，第一個吸熱峰出現(xiàn)在320°C位置，第二個和第三個脫氫峰位置分別為386°C和538°C。
實施例4
本發(fā)明將Mg Ti Ni Mn=38 44 12 6的原子比配置好樣品，以球料比為20 1，轉速為300轉/分情況下進行機械球磨，球磨機第一次運行時間為30小時，然后在真空手套箱中，在氬氣保護下，打開球磨罐對合金進行破碎處理，為防止合金粉末粘罐和粘球，從第二次運行開始，每間隔10小時在氬氣保護下對合金粉末進行處理，總共運行時間為400小時。其次分不同的時間段(在50小時，100小時，200小時，400小時各取一次樣品)采集樣品，每次采集的樣品為3g左右，為保證球料比不變，在每次取出樣品時相應的把磨球同時取出。采集后的樣品經過研磨后過200目篩，最后將過篩后的鎂鈦基儲氫合金進行XRD，PCT以及DTA/TG測試。XRD測試結果如圖4所示，Mg38Ti44Ni12Mn6合金在球磨50小時階段，混合物中相結構主要由具有HCP和FCC結構組成；球磨時間為100小時時，Mn以及 Ni相對應的衍射峰消失；當球磨時間增加到200小時后，在2 Θ =43. 1° ,63. 1°和70. V 附近，出現(xiàn)BCC結構相；當球磨時間增加到400小時后，具有HCP結構的衍射峰幾乎全部消失，合金中單質相基本上完全固溶在一起，合金中僅出現(xiàn)FCC和BCC結構。DTA測試結果如圖5，圖5中經過200小時球磨后Mg38Ti44Ni12Mn6 (對應x=32)合金的氫化物在加熱過程都出現(xiàn)兩個吸熱峰，這兩個吸熱峰位置分別為389°C和543°C。
權利要求
1.一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金，特征在于，鎂鈦基復合儲氫合金的化學組成為Mg70-xTi12+xNi12Mn6,式中 x=8, 16, 24, 32。
2.如權利要求書I所述的一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的制備方法，其特征在于，制備步驟如下1)在惰性氣體保護下，將純度均在99.9%以上的Mg、Ti、Ni、Mn金屬粉末按照Mg:Ti:Ni:Mn=(70-x) (12+x) 12:6 的原子比，式中 x = 8，16，24，32，置于球磨罐中；2)以球料質量比為20 I的不銹鋼球置于球磨罐中，其中大球4個，直徑為8mm，其余直徑分別為4mm和2mm的中球和小球，中球和小球的個數比例為1:1;3)第一次開始球磨前,對球磨罐抽真空,先預抽4分鐘，接著充入3atm氬氣，這樣反復3次，最后充入3atm氬氣后進行球磨，第一次球磨時間為30小時；4)從第二次球磨開始，每間隔10小時打開球磨罐，對球磨罐進行處理，避免合金粉末粘罐，打開球磨罐時是在真空手套箱中進行，真空手套箱中加入Iatm純度為99. 9%的氬氣;5)在球磨過程中行星球磨機的轉速為300轉/分，每運行30分鐘，停止10分鐘后再進行反轉，總共球磨時間為400小時，得到BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金。
3.如權利要求書I所述的一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的制備方法，制備步驟如下1)在惰性氣體保護下，將純度均在99.9%以上的Mg、Ti、Ni、Mn金屬粉末按照Mg:Ti:Ni:Mn= (70-24) (12+24) 12 6 的原子比，置于球磨罐中;2)以球料質量比為20 I的不銹鋼球置于球磨罐中，其中大球4個，直徑為8mm，其余直徑分別為4mm和2mm的中球和小球，中球和小球的個數比例為1:1;3)第一次開始球磨前,對球磨罐抽真空,先預抽4分鐘，接著充入3atm氬氣，這樣反復3次，最后充入3atm氬氣后進行球磨，第一次球磨時間為30小時；4)從第二次球磨開始，每間隔10小時打開球磨罐，對球磨罐進行處理，避免合金粉末粘罐，打開球磨罐時是在真空手套箱中進行，真空手套箱中加入Iatm純度為99. 9%的氬氣;5)在球磨過程中行星球磨機的轉速為300轉/分，每運行30分鐘，停止10分鐘后再進行反轉，總共球磨時間為200小時，得到BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金。
4.如權利要求書I所述的一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的制備方法，制備步驟如下1)在惰性氣體保護下，將純度均在99.9%以上的Mg、Ti、Ni、Mn金屬粉末按照Mg:Ti:Ni:Mn= (70-24) (12+24) 12 6 的原子比，置于球磨罐中;2)以球料質量比為20 I的不銹鋼球置于球磨罐中，其中大球4個，直徑為8mm，其余直徑分別為4mm和2mm的中球和小球，中球和小球的個數比例為1:1;3)第一次開始球磨前,對球磨罐抽真空,先預抽4分鐘，接著充入3atm氬氣，這樣反復3次，最后充入3atm氬氣后進行球磨，第一次球磨時間為30小時；4)從第二次球磨開始，每間隔10小時打開球磨罐，對球磨罐進行處理，避免合金粉末粘罐，打開球磨罐時是在真空手套箱中進行，真空手套箱中加入Iatm純度為99. 9%的氬氣;5)在球磨過程中行星球磨機的轉速為300轉/分，每運行30分鐘，停止10分鐘后再進行反轉，總共球磨時間為200小時，得到BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金。
5.如權利書要求I所述的一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的用途，其特征在于，用所述的鎂鈦基復合儲氫合金制備成燃料電池，主要應用于氫能存貯系統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金的制備及其用途，鎂鈦基復合儲氫合金的化學組成為Mg70-xTi12+xNi12Mn6，式中x=8,16,24,32。其制備是在惰性氣體保護下，將純度均在99.9%以上的Mg、Ti、Ni、Mn金屬粉末按照Mg:Ti:Ni:Mn=(70-x):(12+x):12:6的原子比，式中x=8,16,24,32，置于球磨罐中，對金屬粉末進行機械合金化，得到BCC結構鎂鈦基復合儲氫合金。鎂鈦基復合儲氫合金制備成燃料電池，主要應用于氫能存貯系統(tǒng)中。本發(fā)明優(yōu)點經機械合金化法制備的Mg70-xTi12+xNi12Mn6(x=8,16,24,32)合金，經過200小時的機械球磨后，在x=24和x=32對應合金中出現(xiàn)鎂鈦基BCC結構，為以后鎂鈦基BCC結構儲氫合金的研究奠定基礎。
文檔編號C22C23/00GK102925773SQ20121043460
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權日2012年11月5日
發(fā)明者藍志強, 郭進 申請人:廣西大學