本發(fā)明儲氫合金領(lǐng)域，具體涉及一種低釩鐵bcc型儲氫合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在氫能“制-儲-運-用”產(chǎn)業(yè)鏈中，隨著制氫和用氫技術(shù)的發(fā)展與成本的大幅降低，氫氣“儲-運”成本（占比超過50%）在整個產(chǎn)業(yè)鏈中占比最大，而其中“儲”是共性需求，因此，儲氫技術(shù)已經(jīng)成為整個氫能發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。與高壓壓縮儲氫和低溫液化儲氫相比，稀土合金儲氫具有儲氫壓力低（可低至1.6~3mpa）、儲氫能耗小、安全性高、體積儲氫密度大等優(yōu)點，是最有前景的儲氫技術(shù)之一。

2、稀土合金儲氫材料主要包括以ab5型和超晶格型（ab3、a2b7等）為代表的稀土系儲氫合金和稀土改性合金儲氫材料。稀土系儲氫合金有效儲氫容量低（1.3~1.7wt%）、成本高（用到50wt%以上的ni、co等高價格金屬），在氣固儲氫中的很難大規(guī)模應(yīng)用。稀土改性合金儲氫材料包括稀土改性鈦系儲氫合金（ab2和ab型）和體心立方型（bcc）型儲氫合金等。稀土改性鈦系儲氫合金雖然價格相對較低，但有效儲氫容量僅為1.8wt%左右，仍然偏低，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。

3、以釩基固溶體為代表bcc型儲氫合金理論儲氫密度為3.8wt%，低溫有效放氫密度達(dá)到2.3wt%以上，是溫和條件下儲氫容量最高的儲氫材料。如以低成本釩鐵合金為原料的固溶體儲氫合金，該釩鐵合金一般含有bcc相、laves相。研究表明，相比含laves相的釩鐵合金，bcc相釩鐵合金儲氫能力更高，但釩鐵合金中需要較高的釩含量才能獲得bcc相，研究表明，基于現(xiàn)有的工藝，一般需要的釩鐵含量>30at%，才能獲得單一的bcc相釩鐵合金，以實現(xiàn)更高的儲氫能力。但是，釩鐵合金中釩含量越高，成本越高，且釩鐵合金中的高含量fe元素，以及如al、si、o等雜質(zhì)元素，都會危害釩鐵合金的儲氫性能，導(dǎo)致儲氫性能不如bcc型純釩儲氫材料。因此，目前，釩鐵儲氫合金仍存在成本偏高、儲氫容量和循環(huán)壽命有待進(jìn)一步提升的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)涉及的釩鐵合金成本偏高、儲氫容量和循環(huán)壽命低的問題，本發(fā)明將提供一種低釩鐵bcc型儲氫合金及其制備方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，具體包括以下技術(shù)方案：

3、一種低釩鐵bcc型儲氫合金，化學(xué)通式為ti50-x-yzrxcr50(fev80)y，其中，x和y為原子比，且x滿足：0≤x≤4，y滿足：5≤y≤15。

4、優(yōu)選地，所述低釩鐵bcc型儲氫合金的化學(xué)通式為ti40zr2cr50(fev80)8、ti38zr4cr50(fev80)8、ti38zr2cr50(fev80)10或ti36zr4cr50(fev80)10。

5、低釩鐵bcc型儲氫合金的化學(xué)通式中，x和y為原子比（即原子個數(shù)之比），且化學(xué)通式中的fev80部分作為一個整體計算，其中，以fev80的質(zhì)量百分含量為100wt.%，其含有15wt.%fe、80wt.%v和5wt.%其它雜質(zhì)元素。

6、本發(fā)明的低釩鐵bcc型儲氫合金釩和鐵元素含量低，純度高，雜質(zhì)少，可以降低釩鐵合金中過高含量的鐵元素以及雜質(zhì)元素（如al、si、o）對儲氫性能的危害，顯著提高儲氫容量以及循環(huán)壽命。

7、優(yōu)選地，所述低釩鐵bcc型儲氫合金具有體心立方晶相結(jié)構(gòu)。

8、本發(fā)明還提供一種所述的低釩鐵bcc型儲氫合金的制備方法，包括如下步驟：

9、（1）按低釩鐵bcc型儲氫合金的原子比計，將ti、zr和cr進(jìn)行熔煉，經(jīng)過澆鑄、冷卻，得到tizrcr合金；

10、（2）按低釩鐵bcc型儲氫合金的原子比計，將所述tizrcr合金與fev80合金經(jīng)過混合、破碎制粉，得到合金粉；

11、（3）將所述合金粉經(jīng)過激光沉積處理，得到所述低釩鐵bcc型儲氫合金。

12、在制備低釩鐵bcc型儲氫合金過程中，ti一般以海綿鈦的形式添加，在熔煉的過程中，zr可以對海綿鈦進(jìn)行脫氧合金化，提高合金熔體的純凈度，以降低雜質(zhì)元素對儲氫性能的影響，且可以克服由于海綿鈦延展性好導(dǎo)致難以直接破碎磨成粉的加工缺陷；本發(fā)明合金中存在的cr，可以改善了熔煉后的合金的力學(xué)性能，使得熔煉后的合金可以直接破碎磨成合金粉，滿足后續(xù)激光沉積處理對樣品的需求，以便采用激光沉積處理對合金粉進(jìn)行快速熔凝的合金化；激光沉積處理的快速冷卻的特點可以使得合金成分均勻，有利于合金中β-ti結(jié)構(gòu)的保持，綜合實現(xiàn)提高儲氫合金的儲氫能力和循環(huán)壽命的目的。

13、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述熔煉在氬氣氣氛中進(jìn)行，所述氬氣的壓力為400-800pa，所述熔煉采用電弧熔煉的方式進(jìn)行，所述電弧熔煉的電流為100-150a，所述熔煉的時間為3-5min，所述熔煉的次數(shù)為3-5次。

14、優(yōu)選地，步驟（2）中，所述合金粉的目數(shù)為300-400目。

15、優(yōu)選地，步驟（3）中，所述激光沉積處理中，激光的功率為1-3kw，激光的掃描速率為3-5cm/min，沉積層的厚度為1-5mm，送粉速率為10-15g/min，所述激光沉積處理在氬氣氛圍下進(jìn)行，所述氬氣的流速為5-10l/min。

16、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明的儲氫合金釩和鐵元素含量低，純度高，雜質(zhì)少，可以降低釩鐵合金中過高含量的鐵元素以及雜質(zhì)元素（如al、si、o）對儲氫性能的危害，顯著提高儲氫容量以及循環(huán)壽命。

技術(shù)特征：

1.一種低釩鐵bcc型儲氫合金，其特征在于，化學(xué)通式為ti50-x-yzrxcr50(fev80)y，其中，x和y為原子比，且x滿足：0≤x≤4，y滿足：5≤y≤15。

2.如權(quán)利要求1所述的低釩鐵bcc型儲氫合金，其特征在于，所述低釩鐵bcc型儲氫合金的化學(xué)通式為ti40zr2cr50(fev80)8、ti38zr4cr50(fev80)8、ti38zr2cr50(fev80)10或ti36zr4cr50(fev80)10。

3.如權(quán)利要求1所述的低釩鐵bcc型儲氫合金，其特征在于，所述低釩鐵bcc型儲氫合金具有體心立方晶相結(jié)構(gòu)。

4.一種權(quán)利要求1-3任意一項所述的低釩鐵bcc型儲氫合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的低釩鐵bcc型儲氫合金的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述熔煉在氬氣氣氛中進(jìn)行，所述氬氣的壓力為400-800pa，所述熔煉采用電弧熔煉的方式進(jìn)行，所述電弧熔煉的電流為100-150a，所述熔煉的時間為3-5min，所述熔煉的次數(shù)為3-5次。

6.如權(quán)利要求4所述的低釩鐵bcc型儲氫合金的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述合金粉的目數(shù)為300-400目。

7.如權(quán)利要求4所述的低釩鐵bcc型儲氫合金的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述激光沉積處理中，激光的功率為1-3kw，激光的掃描速率為3-5cm/min，沉積層的厚度為1-5mm，送粉速率為10-15g/min，所述激光沉積處理在氬氣氛圍下進(jìn)行，所述氬氣的流速為5-10l/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明儲氫合金領(lǐng)域，具體公開一種低釩鐵BCC型儲氫合金及其制備方法。本發(fā)明的儲氫合金釩和鐵元素含量低，純度高，雜質(zhì)少，可以降低釩鐵合金中過高含量的鐵元素以及雜質(zhì)元素對儲氫性能的危害，顯著提高儲氫容量以及循環(huán)壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：陳慶軍,胡華舟,李松松,張曉軒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院贛江創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10