[发明专利]增强ZrCo合金抗CO、CO2、空气毒化及抗粉化性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZrCo合金表面的改性方法，具体涉及的是一种增强ZrCo合金抗CO、CO₂、空气毒化及抗粉化性能的方法。

背景技术

贮氢材料被广泛用于氢的储存、供给和纯化等，其中，ZrCo合金以其吸氢速度快、氚的平衡离解压低等特性常被用来作为氚储存的主要材料。通常，ZrCo合金在室温下的吸氢平衡压为10^-5mbar，而且平衡离解压为1bar时温度在345℃。因此，ZrCo合金被广泛用作氚储存的主要材料和氚废物处理中的吸氚材料。

然而，在实际应用中，ZrCo合金也存在一些需要解决的问题。例如，当合金遇到杂质气体CO、O₂、CO₂等时，其吸氢性能会降低，当杂质气体达到一定含量时，贮氢合金会完全失去活性，而“中毒”。另外，贮氢材料在多次吸/放氢过程中，体积要膨胀/收缩，反复的膨胀/收缩后材料很容易粉化。在实际使用过程中，ZrCo的中毒和粉化现象一直是制约其正常使用的重要因素之一。对ZrCo合金进行表面改性，提高合金的抗毒化、抗粉化能力，是延长其使用寿命的行之有效的方法。

针对ZrCo合金表面改性也尝试了多种方法。例如，北京有色金属研究院开展了在ZrCo合金表面镀PdAg或Pd的研究，该院研制出的PdAg/ZrCo合金，在含有CO、CO₂、CH₄、N₂、O₂等杂质气体的氢气中吸氢时，与单纯的ZrCo合金相比，PdAg/ZrCo合金的抗毒化能力有一定的增强。但是，该工艺也存在一些不足，即：(1)在ZrCo合金表面镀PdAg或Pd膜，其主要原理是牺牲PdAg或Pd来保护ZrCo合金，由于Pd及Pd合金本身就是比较好的贮氢材料，同样容易吸附CO、CO₂、O₂等后而引起“中毒”，因此，该工艺从总体上来说，对合金抗毒化性能的增强非常有限；(2)不能提高合金的抗粉化能力；(3)表面镀膜的材料Pd和Ag等，都属于贵金属，比较昂贵，该方法的制作成本较高，不适合推广应用。

本申请的发明人钱晓静等人曾公开过采用亲水性气相二氧化硅形成的SiO₂溶胶包裹LaNi_4.8Al_0.2合金的方式来增强LaNi_4.8Al_0.2合金的贮氢性能(中国核科学技术发展报告，中国工程物理研究院，2009年11月)。这种对LaNi_4.8Al_0.2合金表面改性的工艺亦可推广应用到ZrCo合金上，从而增强其贮氢性能。不过，现有的采用亲水性气相二氧化硅与SiO₂溶胶包裹合金的方式来提高合金的贮氢性能，也存在着以下方面的缺陷：(1)该技术的主要步骤是将亲水性气相二氧化硅分多次缓慢加入到去离子水中，并搅拌混合，得到SiO₂溶胶，然后加入合金粉末搅拌，实现SiO₂溶胶对合金粉末的包裹，并密封静置2h左右，再置于真空干燥箱中，加热到180～200℃烘干18h以上(通常为1天)，以便使去离子水蒸发，使混合物慢慢成型，从而得到改性后的合金颗粒。在此过程中，采用亲水性气相二氧化硅与去离子水混合制成的SiO₂溶胶的粘性不够好，而且烘干成型所需要的时间较长。(2)由于制成的SiO₂溶胶粘性不够好，因而在后续处理工艺中，SiO₂溶胶对合金粉末的粘附力不会很强，因而也导致了其对合金粉末的包裹不够严密，在干燥后的合金颗粒中，仍然有部分合金颗粒裸露在外面；另外，又由于烘干成型所需要的时间较长，而SiO₂溶胶对合金粉末的粘附力又不是很强，因而，干燥后的包裹颗粒的机械强度不是很理想，稍微受力就会出现破裂现象。从而在进行多次吸/放氢循环测试后，包裹后的合金颗粒也出现了抗CO、CO₂、空气毒化及抗粉化性能下降的现象。

综上所述，对现有的ZrCo合金进行表面改性，也逐渐成为本领域技术人员重点研究的内容之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增强ZrCo合金抗CO、CO₂、空气毒化及抗粉化性能的方法，主要解决现有的ZrCo合金存在抗CO、CO₂、空气毒化及抗粉化能力差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：