[发明专利]一种高容量储氢合金材料及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高容量储氢合金材料及其制备工艺，属于储氢材料技术领域。

背景技术

储氢合金是一种具有优异储氢性能的储氢材料，可以很好的解决氢能源在应用中的储运问题，具有广泛的应用前景和市场潜力。但是目前储氢合金的储氢量偏低，一般很难超过2.0wt％，有些合金虽然储氢量较高但是比较昂贵，限制了其实际应用。

发明内容

本发明针对现有储氢合金材料存在的储氢量低及成本高的问题，提供一种具有较高储氢量和较低成本的高容量储氢合金材料，同时提供一种这种材料的制备工艺。

本发明所涉及的高容量储氢合金材料的化学组成为Ti-(60％-x-y-z)Cr-xM-yN-zP，其中，M为Mo、Mn、Cu、Ni、W中的一种或几种，N为Nb或Ta，P为V、Fe、Al、Cu、Ni、Zr、Zn中的一种或几种，x、y、z是摩尔质量百分数，0＜x≤20％，0≤y≤5％，0＜z≤15％，0＜x+y+z≤30％。

M和P中虽然都含有Cu、Ni，但是M和P不会重复表现为同一种物质。当M和P表现为多种元素时，各种元素的含量不一定相同，只要总数满足要求即可。

本发明是在Ti-Cr基合金的基础上加入一定的其他金属元素进行改性，形成具有BCC体心立方相结构的固溶体合金，同时也含有少量Laves相。上述高容量储氢合金材料的制备工艺包括以下步骤：

(1)选择原料与预处理：按所需各成份选择原料，并保证原料洁净；

(2)配料与混料：按所需各成份的重量配比配料并混料；

(3)合金冶炼：在磁悬浮高频感应炉中在氩气保护下反复熔炼3～4次，合金与熔渣冷却后破渣取出合金；

(4)在惰性气体保护下退火：熔炼后所得的铸态合金在900～1450℃并在惰性气体保护下退火0～20h。

本发明的储氢合金不仅具有高的储氢容量，而且在温和条件下容易被活化。本发明的储氢合金材料最大储氢量达到2.6wt％，60℃放氢高达2.2wt％，成本低于100每公斤，显示该合金具有广泛的应用前景。采用的原料价格低廉、制备所用设备简单、方法易操作、能耗低，适于工业规模化生产。

具体实施方式

实施例1

将Ti-38Cr-10Mn-2Ta-10V在磁悬浮高频感应炉氩气保护下反复熔炼3～4次，熔炼后所得的铸态合金在1050℃惰性气体保护下退火5h。获得的储氢合金材料具有2.2wt％的最大储氢量。

实施例2

将Ti-35Cr-10Mo-5Nb-10(V+Ni+Zr)在磁悬浮高频感应炉氩气保护下反复熔炼3～4次，熔炼后所得的铸态合金在950℃惰性气体保护下退火10h。获得的储氢合金材料具有2.4wt％的最大储氢量。

实施例3

将Ti-30Cr-15(Mn+Ni+W)-15(V+Fe+Al+Zr))在磁悬浮高频感应炉氩气保护下反复熔炼3～4次，熔炼后所得的铸态合金在1100℃惰性气体保护下退火15h。获得的储氢合金材料具有2.3wt％的最大储氢量。

实施例4

将Ti-30Cr-20(Mn+Ni)-5Ta-5(V+Fe+Cu)在磁悬浮高频感应炉氩气保护下反复熔炼3～4次，熔炼后所得的铸态合金在1250℃惰性气体保护下退火10h。获得的储氢合金材料具有2.4wt％的最大储氢量。

实施例5

将Ti-34Cr-6W-5Ta-15(V+Zr+Al)在磁悬浮高频感应炉氩气保护下反复熔炼3～4次，熔炼后所得的铸态合金在1350℃惰性气体保护下退火20h。获得的储氢合金材料具有2.4wt％的最大储氢量。

实施例6

将Ti-37Cr-8Cu-3Nb-12(V+Zr)在磁悬浮高频感应炉氩气保护下反复熔炼3～4次，熔炼后所得的铸态合金在1350℃惰性气体保护下退火18h。获得的储氢合金材料具有2.4wt％的最大储氢量。

实施例7

将Ti-30Cr-10(Mo+Cu+Ni+W)-5Ta-15(V+Al)在磁悬浮高频感应炉氩气保护下反复熔炼3～4次，熔炼后所得的铸态合金在1350℃惰性气体保护下退火20h。获得的储氢合金材料具有2.6wt％的最大储氢量。

实施例8

将Ti-38Cr-9(Cu+W)-3Nb-10(V+Fe+Ni)在磁悬浮高频感应炉氩气保护下反复熔炼3～4次，熔炼后所得的铸态合金在1300℃惰性气体保护下退火16h。获得的储氢合金材料具有2.5wt％的最大储氢量。

实施例9

将Ti-35Cr-5W-5Ta-15(V+Cu)在磁悬浮高频感应炉氩气保护下反复熔炼3～4次，熔炼后所得的铸态合金在1450℃惰性气体保护下退火20h。获得的储氢合金材料具有2.4wt％的最大储氢量。