e/a=4.9)> Ti30V40Cr30 (e/a=5)> Ti25V40Cr35 (e/a=5.1)> Ti20V40Cr40 (e/a=5.2)、Ti15V40Cr45 (e/a=5.3),TI10V40Cr50 (e/a=5.4),TI5V40Cr55 (e/a=5.5)和 Ti0V40Cr60 (e/a=5.6)。
[0018]上述所選出的鈦釩鉻合金均可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)手段制備得到，其主要制備過(guò)程是:按配比稱量好各個(gè)合金，然后將稱量好的合金樣品放入樣品室內(nèi)，抽真空至10_3Pa，充入氬氣至0.6bar左右，起弧熔煉，在合金完全熔化后，再持續(xù)熔煉I分鐘左右，即可得到相應(yīng)的欽鑰^絡(luò)合金。
[0019]此外，有必要對(duì)e/a的定義作一個(gè)詳細(xì)的解釋。針對(duì)過(guò)渡金屬，e/a廣義上指的是金屬的平均價(jià)電子濃度，狹義上則指的是金屬原子最外層的s電子和d電子個(gè)數(shù)的總合。例如，Ti的最外層電子結(jié)構(gòu)是3d24s2,貝丨J Ti的e/a=4,同理，V的e/a=5, Cr的e/a=6。而合金的平均價(jià)電子濃度則是根據(jù)各元素原子比例的一個(gè)加權(quán)平均。例如，Ti3tlV4tlCr3tl的e/a=30%X4+40%X5+30%X6=5。
[0020]在上述步驟中，所述步驟(2)中e/a的范圍可以選為4.8?5.2。當(dāng)釩的含量為40at%時(shí),在4.8?5.2這個(gè)范圍內(nèi)，T1-V-Cr合金都具有顯著的反氫同位素效應(yīng)(分離因子α >1.3)，并且其坪臺(tái)壓力則可以變化幾個(gè)數(shù)量級(jí)。進(jìn)一步地說(shuō)，由于分離因子α?xí)S著e/a的增加而增加，在某點(diǎn)達(dá)到極大值后逐漸降低，因此，在4.8?5.2范圍內(nèi)，可以進(jìn)一步確定的是，這個(gè)極大值點(diǎn)就是e/a=5,而此時(shí)的α =1.47,如圖2所示。而由e/a=5、α =1.47可以確定出，該點(diǎn)處的合金成分為T(mén)i3tlV4tlCr3tl，實(shí)驗(yàn)測(cè)得，該種合金具有很好的貯氫性能，其貯氫量可達(dá)到420ml/g，這也是本發(fā)明綜合反氫同位素效應(yīng)和貯氫性能考慮后，選取出的具有最優(yōu)綜合性能的合金，其在1min以內(nèi)可以達(dá)到飽和吸氫量的80%以上，而XRD分析則表明，該合金的結(jié)構(gòu)主要是體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)。
[0021]進(jìn)一步地說(shuō)，按照上述選取方式，如果希望合金的坪臺(tái)壓力更低，那么可以選擇一些e/a較小的合金，反之則可以選擇那些e/a較大的合金。在通過(guò)e/a調(diào)整獲得極大的分離因子后，如果還希望得到更大的分離因子，則可以通過(guò)調(diào)整合金的釩含量來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殡S著釩含量的增加，分離因子會(huì)呈現(xiàn)近乎線性的增加，其規(guī)律如圖3所示。
[0022]另外，值得說(shuō)明的是，對(duì)比現(xiàn)有的一些具有反同位素效應(yīng)的材料，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明選取和確定的材料所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
[0023]對(duì)于目前已有的、具有反氫同位素效應(yīng)的材料大致可以分成如下幾類:
I)AB2型貯氫材料，典型代表如TiMn u、ZrMnJP ZrCr 2等，它們?cè)谑覝馗浇鼘?duì)氕、氘的分離因子分別為1.14、1.27和1.37，在反氫同位素效應(yīng)方面均小于本發(fā)明所確定的最佳材料(即TI30V40Cr30)ο另外，AB2型貯氫材料的貯氫量一般在200ml/g左右，而本發(fā)明所確定的最佳材料(即Ti3ciV4ciCr3tl)的貯氫量達(dá)到了 420ml/g，是其兩倍以上。因此，與傳統(tǒng)的么82型貯氫材料相比，本發(fā)明所確定的材料、特別是Ti3tlV4ciCr3tl，優(yōu)勢(shì)是明顯的。
[0024]2) AB5型貯氫材料，典型代表是LaNi 5，該材料在室溫附近基本不體現(xiàn)反氫同位素效應(yīng)，只有在溫度很低時(shí)具有較小的反氫同位素效應(yīng)，如在218K時(shí)對(duì)氕、氘的分離因子為
1.22，遠(yuǎn)遜于本發(fā)明所確定的材料，并且其貯氫量比AB2型的貯氫材料還低。因此，本發(fā)明所確定的材料、特別是Ti3tlV4tlCr3tl,與其相比，優(yōu)勢(shì)更加明顯。
[0025]3)純金屬，典型代表是釩。釩在室溫附近的分離因子為1.77，比本發(fā)明所確定的材料要高出0.3。但是釩在貯氫方面的劣勢(shì)是明顯的，如活化困難、雙坪臺(tái)、動(dòng)力學(xué)性能差和易中毒等，這也是其多年來(lái)未在氫同位素分離方面得到應(yīng)用的原因。而本發(fā)明所確定的材料、特別是Ti3tlV4tlCr3tl，基本不存在活化的問(wèn)題，其只需經(jīng)過(guò)一次抽真空就可以得到有效的活化，并且動(dòng)力學(xué)性能很好，1min以內(nèi)就可以達(dá)到飽和吸氫量的80%以上。另外，本發(fā)明所確定的材料，抗毒化性能也很好，即使長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中(試驗(yàn)過(guò)的最長(zhǎng)時(shí)間是一周)，也不明顯影響其貯氫性能。
[0026]綜上所述，與現(xiàn)有的反氫同位素效應(yīng)材料相比，在綜合性能方面(即同時(shí)考慮分離因子和貯氫性能)，本發(fā)明所確定的T1-V-Cr合金材料、特別是Ti3tlV4tlCr3tl，具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0027]本發(fā)明根據(jù)T1-V-Cr合金的氫同位素效應(yīng)與合金中e/a及釩含量之間所體現(xiàn)出的規(guī)律(圖2、3所示的規(guī)律)，設(shè)計(jì)出了能夠快速選取出同時(shí)具有顯著反氫同位素效應(yīng)和優(yōu)良貯氫性能的T1-V-Cr合金材料的方法。而依照這個(gè)方法和規(guī)律，可以就氫同位素分離材料的設(shè)計(jì)和選取提供正確的研究思路，從而為節(jié)約研發(fā)投入成本和縮短研發(fā)周期打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此，本發(fā)明具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。
[0028]上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，但凡采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理，以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行非創(chuàng)造性勞動(dòng)而作出的變化，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種快速選取出氫同位素分離材料的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)選擇鈦釩鉻合金作為氫同位素分離材料，并確定所選取的鈦釩鉻合金中，釩的含量為40at%，同時(shí)，鈦、釩和鉻的純度均大于99.9% ； (2)根據(jù)確定的釩的含量，在確保鈦釩鉻合金中金屬原子最外層的s電子和d電子個(gè)數(shù)的總合e/a=4.4?5.6的條件下，按照實(shí)際需求調(diào)整鈦和鉻的含量； (3)根據(jù)步驟(2)確定的鈦、釩、鉻的含量，得到鈦釩鉻合金的分子式，確定需要選取的欽鑰^絡(luò)合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速選取出氫同位素分離材料的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，鈦釩鉻合金中金屬原子最外層的s電子和d電子個(gè)數(shù)的總合e/a=4.8?5.2，并且步驟(2)中鉻的含量為20?40at%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種快速選取出氫同位素分離材料的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，鈦釩鉻合金中金屬原子最外層的s電子和d電子個(gè)數(shù)的總合e/a=5，并且所述步驟(3)確定的鈦鉻合金分子式為T(mén)i3tlV4ClCr3tlt5
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種快速選取出氫同位素分離材料的方法，包括以下步驟：（1）選擇鈦釩鉻合金作為氫同位素分離材料，并確定所選取的鈦釩鉻合金中，釩的含量為40at%，同時(shí)，鈦、釩和鉻的純度均大于99.9%；（2）根據(jù)確定的釩的含量，在確保鈦釩鉻合金中e/a=4.4～5.6的條件下，調(diào)整鈦和鉻的含量；（3）根據(jù)步驟（2）確定的鈦、釩、鉻的含量，得到鈦釩鉻合金的分子式，確定需要選取的鈦釩鉻合金。本發(fā)明為尋找具有顯著反氫同位素效應(yīng)的Ti-V-Cr合金提供了非常好的思路，有效地填補(bǔ)了這方面的空白，為降低氫同位素分離的技術(shù)研究成本并縮短研發(fā)周期提供了保障，因此，本發(fā)明具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。
【IPC分類】C22C30-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104630598
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510093420
【發(fā)明人】楊勇彬, 羅德禮, 楊莞, 姚勇, 張志 , 熊仁金, 宋江峰
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院材料研究所
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日