[发明专利]一种Mg基高熵可逆储氢合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Mg基高熵可逆储氢合金及其制备方法，属于储氢技术领域。该可逆储氢合金化学式为Mg2TiNiCrXY(X和Y为Fe、V、Mn、Cu中的任意两种)。按化学式进行原料粉末的称取，其中单质金属粉末纯度>99％，粒度>200目。将金属粉末倒入球磨罐中，湿法球磨100～120h；其中球料比为20:1，控制剂为正庚烷，球磨机转速为300～500rpm。球磨结束后，在手套箱内取下球磨罐盖并抽真空，得到高熵可逆储氢合金。该合金体系具有高的储氢容量(1.25～4.0wt.％)和较高的室温放电容量；且制备具有工艺简单、易控，生产设备投资少，原料价格低廉，生产无污染，易于大规模生产的优点。

技术领域

本发明属于储氢技术领域，具体涉及一种高熵可逆储氢合金体系及其制备方法，尤其涉及一种Mg基六元高熵可逆储氢合金体系及其制备方法。

背景技术

自从2004年中国台湾学者叶均蔚教授系统地提出高熵合金的概念后[C.Y.Hsu,J.W.Yeh,S.K.Chen,T.T.Shun,Metallurgical and Materials Transactions A,35A(2004),1465；J.W.Yeh,S.K.Chen,S.J.Lin,J.Y.Gan,et al.,,Metallurgical andMaterials Transactions A,35A(2004),2533.]，由于高熵合金具有高的硬度、耐磨性和优异的抗腐蚀能力，其被广泛地应用到工程结构材料中。高熵合金一般是由5种或5种以上的元素按5～35％的原子比制备而成。其构成的元素一般为Fe、Co、Ni、Cu、Ti、V等过渡族元素，它们的原子半径相近，易于形成具有BCC(体心立方)或FCC(面心立方)简单晶体结构的固溶体[D.R.Miracle,O.N.Senkov,Acta Materialia,122(2017),448]。

氢能与风能、太阳能、生物质能等被认为是最有应用前景的绿色能源。氢能利用的关键是储氢材料及其制备技术的发展。目前，经过多年的发展，储氢合金大概可以分为以下几类：(1)稀土系AB₅型合金；(2)Mg和Mg₂Ni(A₂B型)系合金；(3)Ti-Mn(AB₂型)系合金和(4)V基具有BCC结构的固溶体。由于部分高熵合金也具有BCC结构，因此，最近人们试图发展BCC结构的高熵储氢合金，即高熵合金的功能化应用。例如，Kunce等采用熔炼及合金热处理的方法发展了TiZrNbMoV[I.Kunce,M.Polanski,J.Bystrzycki,International Journal ofHydrogen Energy,39(2014),9904.]和Sahlberg等采用氩弧熔炼技术制备了TiVZrNbHf[M.Sahlberg,D.Karlsson,C.Zlotea,U.Jansson,Scientific Reports,6(2016),36770.]BCC结构的高熵储氢合金。由于这些合金采用的元素组元均为重金属元素，因此，其都存在储氢容量低(TiZrNbMoV和TiVZrNbHf的储氢容量分别为0.59和0.54wt％(重量百分比))、活化困难和放氢温度高的缺点，商业应用前景较差。

在发展BCC结构的高熵储氢合金过程中，人们认为构成高熵合金的元素组元的最大原子半径差(Δr＝r_A-r_B/r_A，A为最大的原子半径，B为最小的原子半径)越大，造成合金晶体点阵的歪扭程度即应变就越大，越有利于氢的储存[M.Sahlberg,D.Karlsson,C.Zlotea,U.Jansson,Scientific Reports,6(2016),36770.]。这就要求，发展具有商业应用前景的高熵储氢合金时必须引入原子半径较大的非过渡族元素。此外，从提高储氢容量角度出发，最好引入原子半径大且轻质的元素，例如Li、Mg、Ca等元素。然而，另一方面，原子半径差越大，合金形成单相的BCC或FCC(面心立方)简单晶体结构固溶体的能力就越差。基于上述的矛盾，目前的背景技术显示，还没有成功制备出一种储氢容量大于1.0wt％的且具有应用前景的高熵储氢合金。

发明内容