[发明专利]一种钇‑铁基合金材料、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及储氢合金材料领域，特别涉及一种钇-铁基合金材料、制备方法及应用。

背景技术

我国是稀土资源大国，储量占全球的50％以上。然而稀土资源的有效利用则存在着严重的不平衡。目前稀土的应用主要集中在磁性、荧光、陶瓷、玻璃、储氢、冶金等领域。其中，磁性和荧光是最大两个应用领域，占了稀土应用的近70％，决定着稀土产业的发展。荧光材料主要利用Eu和Tb，磁性材料主要使用Nd、Pr、Dy、Gd、Tb、Sm等稀土元素。然而稀土材料中更多的是La、Ce和Y等轻质稀土元素，这些元素由于磁性和荧光产业的应用和发展造成了大量积压。一方面稀土资源日趋紧张，另一方面轻质稀土堆积如山成为了产业负担。稀土资源有效综合利用成为了一个越来越紧迫的问题。

能源危机、环境污染以及气候变化是当前人类社会发展面临最重要的挑战之一。解决能源短缺和环境污染是当今社会的紧迫性问题。氢气来源丰富、燃烧热大、燃烧产物清洁，是理想的能源。可靠的氢存储技术是氢能应用中的重要技术环节，研发高效、低成本的储氢材料是氢能大规模利用的核心问题。稀土合金可以在常温低压下储存氢气，是一种理想的储氢介质，在能源、化工、电子、宇航、军事及民用各个领域得到了广泛的应用。例如利用稀土储氢合金释放氢气时产生的压力，可以用作热驱动的动力；采用稀土储氢合金可以制成体积小、重量轻、输出功率大的升降装置和温度传感器等。然而该类材料的储氢容量较低，而且在与氢气的反应当中，会发生歧化分解或者晶体结构非晶化，导致可逆容量过低，应用受到了限制。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种钇-铁基合金材料，可逆储氢量高，吸氢温度低，吸放氢循环寿命长，经过多次吸放氢后，储氢容量没有明显衰减，材料吸收氢气后，能够保持原有的晶格结构，不发生歧化分解。

本发明的目的之二在于提供上述钇-铁基合金材料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供上述钇-铁基合金材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种钇-铁基合金材料，化学通式为YFe_xM_y，其中，M为金属铝、锰或者钴元素中的一种以上，且1≤x≤1.9，0.3≤y≤1.2，1.8≤x+y≤2.2。

所述的钇-铁基合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)把钇、铁和金属M的金属块体材料按化学通式的物质量的比例混合，在温度高于1300℃的条件下熔炼，冷却后得到合金铸锭；

(2)将合金铸锭破碎成粉末状态，得到钇-铁基合金材料。

为了提高合金的均匀性可以多次重熔，得到成分均一的合金材料铸锭，在进行步骤(1)之后，进行步骤(2)之前，进行以下步骤：

(a)将步骤(1)中得到的合金铸锭在温度高于1300℃的条件下反复熔炼多次。

步骤(1)所述在温度高于1300℃的条件下熔炼，具体为：在温度为1300-1500℃下熔炼3-10分钟。

步骤(1)所述的熔炼，具体为：在真空度为2.0x10^-3～1.0x10^-3Pa的条件下于电弧熔炼炉或感应熔炼炉中熔炼。

步骤(a)所述的在温度高于1300℃的条件下反复熔炼多次，具体为：在温度为1300-1500℃下反复熔炼多次，每次熔炼3-10分钟。

步骤(a)所述的熔炼，具体为：

在真空度为2.0x10^-3～1.0x10^-3Pa的条件下于电弧熔炼炉或感应熔炼炉中熔炼。

步骤(a)所述将步骤(1)中得到的合金铸锭反复熔炼多次，具体为：

将步骤(1)中得到的合金铸锭翻面，并且重新熔融和冷却，反复熔炼多次。

步骤(a)得到合金铸锭放置于氩气保护气氛中，温度为22～25℃；步骤(2)所述的破碎，具体为：在氩气保护气氛中破碎。

所述的钇-铁基合金材料的应用，作为储氢材料或用于制造镍氢电池。