[发明专利]一种提高钯包覆锆基吸氢材料抗毒化循环稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种提高钯包覆锆基金属吸氢材料抗毒化循环稳定性的方法。具体步骤为：首先对锆基合金吸氢材料进行循环吸放氢数次获得细小均匀表面粗糙的金属颗粒，采用化学镀的方法在金属颗粒表面包覆一层Pd膜，然后对包覆后的金属颗粒进行一定时间的热处理，使钯膜与合金基体中的锆发生部分互溶，从而增强膜层结合力。通过该方法制备的抗毒化金属吸氢材料，在含有CO、O₂、N₂等杂质气体的氢气中依然能够快速吸放氢，并且在循环过程中合金颗粒进一步粉化程度较小，钯膜不易脱落，保证了材料在含杂质气体的氢同位素气体中吸放氢性能的稳定性，即材料具有较长的循环使用寿命。

技术领域

本发明属于氢同位素回收、储存材料技术领域，涉及一种提高钯包覆锆基吸氢材料抗毒化循环稳定性的方法，具体涉及一种在含有杂质气体的氢同位素气体中具有长循环使用寿命的钯包覆锆基金属吸氢材料的制备方法。

背景技术

氢及其同位素在能源尤其是核能领域中有着重要作用，金属吸氢材料可以实现对氢及其同位素的可控吸收和释放，满足氢的安全储存和输运需求。但在实际应用过程中，氢同位素气体中往往含有部分杂质气体，如CO、CO₂、CH₄、O₂、N₂等。这些杂质气体往往更容易与吸氢材料发生反应，在材料表面形成致密的金属碳化物、氮化物、氧化物的膜层，从而阻挡氢气向合金内部扩散而使吸氢材料吸氢能力明显降低，甚至完全丧失，即材料发生杂质气体中毒。因此，亟需对吸氢材料的抗杂质气体毒化性能进行改善，以期满足吸氢材料在含杂质氢同位素气体中的高效吸氢。

目前，元素掺杂、表面改性和氧化还原等方法被用来提高金属吸氢材料抗毒化性能。其中最为有效的手段是表面镀膜改性，如在吸氢材料表面包覆对氢气具有选择性透过能力的金属或合金膜等。金属Pd膜具有优良的选择透过性，对于氢同位素气体中的大多数杂质气体O₂、CO、CO₂、CH₄等均有较好的抗中毒能力，且具有较高的氢气透过率，是目前较为常用的方法。但在实际应用中，由于吸氢材料在循环吸放氢过程中易发生粉化，同时采用化学镀包覆的钯膜膜层结合力相对较差，从而在使用过程中容易发生膜层开裂和脱落，进而引起合金中毒。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的弊端，本发明的目的在于提出一种提高钯包覆锆基吸氢材料抗毒化循环稳定性的方法。采用该方法制备的钯包覆锆基金属吸氢材料在含杂质气体的氢同位素气体中具有较长循环使用寿命，可避免在使用过程中发生膜层开裂和脱落，进而实现在含CO、CO₂、CH₄、O₂、N₂等杂质气体的氢同位素气体中多次循环使用而吸氢容量和吸氢动力学无显著衰减。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种提高钯包覆锆基金属吸氢材料抗毒化循环稳定性的方法，包括以下步骤：

1)制备锆基合金：采用真空高频感应熔炼，翻身熔炼3遍，并通过原位热处理5min制备出合金铸锭，机械破碎成块状；

2)钯包覆用合金粉制备：在一定的温度和氢气压力条件下，使金属吸氢材料吸放氢循环数次粉化，获得表面微观形貌呈粗糙不规则状态的合金粉以备用；

3)化学镀：取适量吸放氢循环后的合金粉，倒入反应釜内，依次进行氟化和化学镀钯处理；

4)热处理：将包覆Pd膜的合金粉封装在石英管中，并充氩气保护，将石英管放入热处理炉中，以10℃/min的速率升温至500℃，保温8h后随炉冷却至室温备用，使钯膜与合金基体中的锆发生部分互溶，增强膜层结合力，得到钯包覆锆基金属吸氢材料。

抗毒化性能测试：将热处理后的样品在25℃、0.6MPa吸氢，400℃抽真空脱氢1h的测试条件下进行30次循环操作，记录数据。