本发明专利技术提供一种具有多相共晶组织的高性能Mg‑Ni‑Y储氢合金及其制备方法，化学组成式为Mg100‑x‑yNiyYx，其中5≤x≤11，8≤y≤13，含有MgYNi4，Mg2Ni和长周期堆垛有序结构(LPSO)和Mg相多相共晶组织，合金的制备以Mg、Mg‑30Y、Y和Mg‑50Ni金属为原料，在井式电阻炉中利用石墨坩埚通过覆盖剂保护法熔炼合金，即得到Mg‑Ni‑Y储氢合金；本发明专利技术所提供的Mg‑Ni‑Y储氢合金具有很高的活性，在一次吸放氢活化后就能正常吸放氢；在镁基储氢合金中加镍和钇，合金的吸放氢温度明显降低，本发明专利技术提供的Mg‑Ni‑Y储氢合金具有良好的活化性能及良好的吸放氢动力学性能，在300℃、3MPa氢压下2min内吸氢3.5wt.％，达到总吸氢量4.4wt.％的80％，本发明专利技术制备方法简单，制备出的含有多相共晶组织的镁基储氢合金具有良好的吸放氢性能，适合工业化生产。
A Mg-Ni-Y hydrogen storage alloy with multiphase eutectic structure and its preparation method
【技术实现步骤摘要】
一种具有多相共晶组织的Mg-Ni-Y储氢合金及其制备方法
本专利技术属于储氢材料
，涉及利用Mg-Ni-Y相图及组织优化设计镁基储氢合金的方法，具体涉及一种具有多相共晶组织的Mg-Ni-Y储氢合金及其制备方法。
技术介绍
氢被誉为21世纪最具发展前景的二次能源，应用在航空、航天、航海和燃料电池汽车等领域，也可以作为其它清洁能源发展中弃风弃光弃电综合利用的能源载体，同时也是石油品质升级和煤制清洁能源等化石能源清洁利用的重要原料，氢的开发利用得到了世界各国的高度关注。但氢气的大规模存储和运输问题仍然没有得到解决，严重影响了氢能源的应用。金属镁的理论储氢量高达7.6wt％，是所有金属储氢材料中储氢密度最高的，远高于常规高压气态储氢量(不足1wt％)。加之镁资源丰富、价格低廉，在氢气的大规模储存方面极具应用前景，镁基储氢合金被认为是最有可能大规模应用的一种理想储氢材料。但金属镁吸放氢温度高、速率慢等限制了其实际应用。近年来研究人员采用了多种方法来改善这些不足，如添加过渡金属或稀土元素、机械合金化等。有研究表明，催化相的尺寸及其与主吸氢相分布状态，对镁基储氢合金的吸放氢性能至关重要。细小均匀分布的催化相，有望进一步提高镁基储氢合金的吸放氢性能。尽管国内外众多学者对镁基储氢合金进行了广泛研究，但是依然需要进一步设计寻找具有高性能的镁基合金，以降低成本并具有良好的吸放氢动力学。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种具有多相共晶组织的Mg-Ni-Y储氢合金，以及制备方法，提高镁基储氢合金的吸放氢动力学性能及储氢性能。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是，一种具有多相共晶组织的Mg-Ni-Y储氢合金，合金成分在Mg-Ni-Y三元相图的富镁端，处于三元共晶点和共晶线上，Mg-Ni-Y储氢合金化学式为Mg100-x-yNiyYx，其中，5≤x≤11，8≤y≤13，所述Mg-Ni-Y储氢合金具有多相共晶组织。所述多相共晶组织包含MgYNi4相，Mg2Ni相、Mg和长周期堆垛有序结构相。所述的长周期堆垛有序结构相占所述Mg-Ni-Y储氢合金体积为60％-70％，其余为MgYNi4、Mg2Ni和Mg。进一步的，x＝10.35，y＝12.78。本专利技术所述Mg-Ni-Y储氢合金的制备方法，包括以下步骤：按照权利要求1所述熔炼组分熔炼Mg-Ni-Y储氢合金，得到熔融态Mg-Ni-Y储氢合金；将所述熔融态Mg-Ni-Y储氢合金随炉冷却，得到铸态Mg-Ni-Y储氢合金。熔炼温度为850±15℃。在原材料的表面铺洒RJ-2型覆盖剂。采用石墨坩埚在井式电阻炉进行熔炼。采用的原材料为Mg、Mg-30Y、Y和Mg-50Ni，且所述原材料的纯度均大于99％。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术所提供的Mg-Ni-Y储氢合金具有很高的活性，在一次吸放氢活化后就能正常吸放氢；通过在镁基储氢合金中添加过渡金属元素镍和稀土元素钇，合金的吸放氢温度明显降低，与此同时，合金的吸放氢速率明显提高，Y本身具有良好的催化作用，再者Mg和Ni形成的Mg2Ni也表现出高效的催化作用；本专利技术所制备的Mg-Ni-Y储氢合金含有Mg2Ni，Mg，MgYNi4和长周期堆垛有序结构(LPSO)，其中Mg、MgYNi4和长周期堆垛有序结构(LPSO)是三元共晶相，且长周期堆垛有序结构(LPSO)占到60％-70％体积百分比，本专利技术所制备的Mg-Ni-Y储氢合金可逆吸氢量可达4.4wt.％，在300℃、3MPa氢压下2min内吸氢3.5wt.％，达到总吸氢量的80％，在保证镁合金循环吸放氢总量的前提下，极大的提高了吸氢速度；本专利技术制备工艺简单，适合工业化生产。附图说明图1为Mg-Ni-Y合金的三元相图；图2为所制备的Mg76.87Ni12.78Y10.35、Mg82.35Ni12.11Y5.54、Mg88.7Ni8.3Y5铸态合金的SEM图；图3为所制备的Mg76.87Ni12.78Y10.35铸态合金的TEM图；图4为所制备的Mg76.87Ni12.78Y10.35铸态合金在300℃、3MPa下的吸氢动力学曲线图；图5为所制备的Mg76.87Ni12.78Y10.35铸态合金在300℃、3MPa下的PCT曲线图；图6为所制备的Mg76.87Ni12.78Y10.35铸态合金饱和吸氢后的XRD图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。一种具有多相共晶组织的Mg-Ni-Y储氢合金，合金成分在Mg-Ni-Y三元相图的富镁端，处于三元共晶点和共晶线上，Mg-Ni-Y储氢合金化学式为Mg100-x-yNiyYx，其中，5≤x≤11，8≤y≤13，所述Mg-Ni-Y储氢合金具有多相共晶组织。所述多相共晶组织包含MgYNi4相，Mg2Ni相、Mg和长周期堆垛有序结构相。所述的长周期堆垛有序结构相占所述Mg-Ni-Y储氢合金体积为60％-70％，其余为MgYNi4、Mg2Ni和Mg。Mg-Ni-Y储氢合金的制备方法，包括以下步骤：按照Mg-Ni-Y储氢合金化学式为Mg100-x-yNiyYx，其中，5≤x≤11％，8≤y≤13；熔炼Mg-Ni-Y储氢合金，得到熔融态Mg-Ni-Y储氢合金；将所述熔融态Mg-Ni-Y储氢合金随炉冷却，得到铸态Mg-Ni-Y储氢合金；熔炼温度为850±15℃。在原材料的表面铺洒RJ-2型覆盖剂。采用石墨坩埚在井式电阻炉进行熔炼。采用的原材料为Mg、Mg-30Y、Y和Mg-50Ni，且所述原材料的纯度均大于99％。实施例1根据Mg100-x-yNiyYx的化学组成式，本实施例中，x＝10.35；y＝12.78；同时考虑Mg元素的熔炼损耗，计算并称量原材料Mg、Mg-30Y、Y和Mg-50Ni纯度均大于99％，将所述原材料放入石墨坩埚，均匀铺洒一层RJ-2覆盖剂，利用井式电阻炉在850℃±15℃高温下熔炼成实际化学组成式为Mg76.87Ni12.78Y10.35的合金铸锭。实施例2根据Mg100-x-yNiyYx的化学组成式，对于本实施例：x＝5.54；y＝12.11，同时考虑Mg元素的熔炼损耗，计算并称量原材料Mg、Mg-30Y、Y和Mg-50Ni，所述原材料的纯度均大于99％，将原材料放入石墨坩埚，均匀铺洒一层RJ-2覆盖剂，利用井式电阻炉在850℃±15℃高温下熔炼成实际化学组成式为Mg82.35Ni12.11Y5.54的合金铸锭。实施例3，根据Mg100-x-yNiyYx的化学组成式，对于本实施例，x＝5；y＝8.3，同时考虑Mg元素的熔炼损耗，计算并称量原材料Mg、Mg-30Y、Y和Mg-50Ni，所述原材料的纯度均大于99％，将原材料放入石墨坩埚，均匀铺洒一层RJ-2覆盖剂，利用井式电阻炉在850℃±15℃高温下熔炼成实际化学组成式为Mg88.7Ni8.3Y5的合金铸锭。图2-1为Mg76.87Ni12.78Y10.35铸态合金的显微组织分析，该成分是Mg-Ni-Y三元相图的共晶点E1，由图可见，Mg76.87Ni12.78Y10.35铸态合金的铸态组织有白色、黑色和深灰色三种衬度。结合EDS能谱分析可以得出Mg76.87Ni12.78Y10.35铸态合金由白色不本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有多相共晶组织的Mg‑Ni‑Y储氢合金，其特征在于，合金成分在Mg‑Ni‑Y三元相图的富镁端，处于三元共晶点和共晶线上，Mg‑Ni‑Y储氢合金化学式为Mg100‑x‑yNiyYx，其中，5≤x≤11，8≤y≤13，所述Mg‑Ni‑Y储氢合金具有多相共晶组织。
【技术特征摘要】
1.一种具有多相共晶组织的Mg-Ni-Y储氢合金，其特征在于，合金成分在Mg-Ni-Y三元相图的富镁端，处于三元共晶点和共晶线上，Mg-Ni-Y储氢合金化学式为Mg100-x-yNiyYx，其中，5≤x≤11，8≤y≤13，所述Mg-Ni-Y储氢合金具有多相共晶组织。2.根据权利要求1所述的Mg-Ni-Y储氢合金，其特征在于，所述多相共晶组织包含MgYNi4相，Mg2Ni相、Mg和长周期堆垛有序结构相。3.根据权利要求2所述的Mg-Ni-Y储氢合金，其特征在于，所述的长周期堆垛有序结构相占所述Mg-Ni-Y储氢合金体积为60％-70％，其余为MgYNi4、Mg2Ni和Mg。4.根据权利要求2所述的Mg-Ni-Y储氢合金，其特征在于，x＝10.35，y＝12.78。5....
【专利技术属性】
技术研发人员：宋文杰，董会萍，刘洁，杨光，刘延辉，师晶，李誉之，王朋义，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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