[发明专利]一种单相可逆及抗氧化贮氢高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单相可逆及抗氧化贮氢高熵合金及其制备方法。该高熵合金的成分表达式为：Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Mo_aNb_b，其中0≤a≤0.3，0.1≤b≤0.4，a+b=0.4。该高熵合金的制备过程如下：（1）原料配制：按照原子百分比称量配制各金属颗粒；（2）颗粒混合：按照金属熔点特性对原料进行筛选分类并混合置于熔炼炉坩埚中；（3）熔炼合金：使用真空非自耗电弧熔炼炉对金属颗粒进行熔炼。该高熵合金具有物相单一、吸氢前后物相单相可逆循环、高抗氧化性、吸放氢速度快等优点，在氢能领域具有广阔的应用前景。该高熵合金的制备方法采用真空非自耗电弧熔炼炉进行制备，简单可靠，安全性好，经济价值高。

技术领域

本发明属于贮氢材料制备技术领域，具体涉及一种单相可逆及抗氧化贮氢高熵合金及其制备方法。

背景技术

氢能被认为是最具应用前景的绿色能源之一，氢能的广泛应用不仅能解决人类面临的能源危机问题，而且能极大缓解全球环境污染问题。氢能得以应用最急需解决的问题包括氢气制备、氢的贮存和运输。针对氢的贮存和运输问题，氢以固态氢化物形式贮存具有单位体积贮氢密度高、安全性高等显著优势。目前，已研制出的贮氢金属及合金包括Ti、Zr、Mg、LaNi₅、TiFe、ZrCo合金等。Mg具有最高的贮氢容量（7.6 wt.%），但因吸放氢温度过高而受到应用限制；LaNi₅尽管已被少量应用，但因价格昂贵和抗毒化性能差而亟待寻找替代材料；ZrCo存在严重歧化问题，导致应用受阻；TiFe系合金材料活化困难。因此，为了推动氢能的广泛应用，研制新型的高性能贮氢材料仍然是材料领域和能源领域的热门课题。

高熵合金是近年来提出的全新的合金设计理念，它是由五种及以上主要元素组成的多主元合金。该合金能形成单一的物相结构，具有独特的高熵效应、晶格畸变大和迟滞扩散效应，使其可能具备强度高、抗氧化性强等特性。近期有研究表明，高熵合金因其大的晶格畸变，使其具有更高对氢原子的容纳能力，贮氢量最大可达2.5 wt.%，充分证明了高熵合金在贮氢材料领域的应用价值。尽管高熵合金具备高贮氢量、高抗氧化性等优势，但已研制出的高熵合金存在物相种类多、物相结构可逆循环性差、氢化物稳定性较高等问题，导致高熵合金还不能在贮氢材料领域被推广应用。

综合以上因素，现有的贮氢金属及合金材料尽管具有部分满足贮氢材料需求的特性，但综合的贮氢性能仍然不理想，导致氢能的广泛应用受到极大的限制。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种单相可逆及抗氧化贮氢高熵合金，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种单相可逆及抗氧化贮氢高熵合金的制备方法。

本发明的单相可逆及抗氧化贮氢高熵合金，其特点是，所述的合金的化学成分摩尔比表达式为Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Mo_aNb_b，其中，0 ≤ a ≤ 0.3，0.1 ≤ b ≤ 0.4，a + b = 0.4。

本发明的单相可逆及抗氧化贮氢高熵合金的制备方法包括以下步骤：