一种V‑Cu系偏晶型氢分离合金及其加工方法技术

一种V‑Cu系偏晶型氢分离合金及其加工方法，涉及一种氢分离合金及其加工方法。本发明专利技术是为了解决现有的钒基氢分离合金以切割铸锭获得分离膜的方法存在膜片最小厚度偏大和原材料浪费的问题。本发明专利技术所述的一种V‑Cu系偏晶型氢分离合金，其特征在于，所述氢分离合金的包括V、Cu，以及能够与V形成固溶体的金属溶质元素；氢分离合金的显微组织结构上，V为体心立方的钒，Cu为面心立方的铜；所述V的原子百分比为56.5％‑90％，所述Cu的原子百分比为10％‑40％，所述的能够与V形成固溶体的金属溶质元素的原子百分比为0％‑9％。本发明专利技术适用于氢分离领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氢分离合金及其加工方法。
技术介绍
在21世纪，能源问题与环境问题成了制约工业发展的主要因素，而氢能具有储量大，热值高等诸多优点在新能源领域备受瞩目。由于半导体、航天航空、燃料电池、高能燃料等诸多领域对氢气纯度的要求至少99.999％以上，因此迫切需要找到一种高效、廉价、可循环的方法获取高纯氢。目前高纯氢主要是通过对制得的低纯氢气提纯和净化获得，而膜分离技术是目前最有效的氢气提纯技术，其中滤氢钯膜已经在氢气提纯领域得到广泛应用。但是钯资源不仅价格昂贵，不适合大规模工业化应用，而且与其他合金难熔，可开发的合金系较少，因为纯V(钒)具有比钯更高的渗氢性能，因此V合金成为氢分离合金的主要方向之一。根据渗氢合金的化学特性和物理特性，通过减小氢分离合金的厚度可以极大提高该合金的渗氢流量。目前关于V基氢分离合金制取方法主要是通对铸态V基氢分离合金进行线切割，这种方法得到的合金厚度有限，而鉴于V基合金室温塑性加工性能差的特点，有学者采用热轧与冷轧结合的方法得到0.2mm的板材，发现该加工过程不仅对母合金耗损大，而且加工工序多，过程复杂。随着工业化生产对于高纯氢的需求日益增加，大规模制备板材成为了氢分离合金工业化应用的重要切入点。因此，寻找一种既具有高渗透性能又有高塑性的钒基氢分离合金，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有的钒基氢分离合金以切割铸锭获得分离膜的方法存在膜片最小厚度偏大和原材料浪费的问题。一种V-Cu系偏晶型氢分离合金，所述氢分离合金的包括V、Cu，以及能够与V形成固溶体的金属溶质元素；氢分离合金的显微组织结构上，V为bcc-V(体心立方的钒)，Cu为fcc-Cu(面心立方的铜)；所述V的原子百分比为56.5％-90％，所述Cu的原子百分比为10％-40％，所述的能够与V形成固溶体的金属溶质元素的原子百分比为0％-9％。优选地，所述V的原子百分比为56.5％-81％，所述Cu的原子百分比为10％-40％，所述的能够与V形成固溶体的金属溶质元素的原子百分比为3.5％-9％。优选地，所述的形成固溶体的金属溶质元素包括Cr、Fe、Al、Co、Ni、Mo、Pd中的一种或多种。一种V-Cu系偏晶型氢分离合金的加工方法，包括以下步骤：步骤1、并精确称量纯V和纯Cu，或者精确称量纯V、纯Cu和固溶体的溶质元素金属，然后对配比的原材料进行熔炼；步骤2、冷轧：对熔炼好的铸态母合金锭进行室温轧制，道次压下量为0.1-0.25mm，厚度上的总变形量为86-99％；步骤3、热处理工艺：为使合金满足良好综合性能的需求，对轧制后的板材通过石英管密封后放入热处理炉中，热处理温度控制在650-1000℃，热处理时间为1-168h；步骤4、对热处理后的板材表面进行打磨和抛光，然后在板材试样正反两面分别以溅射镀膜的方式镀150nm厚的钯膜，制得实验所需的氢分离合金膜片。优选地，步骤3所述的热处理温度根据氢分离合金的性质和原子百分比而定：(1)当氢分离合金为V-Cu二元合金时，热处理温度为650-800℃；Cu的原子百分比为40％时，热处理温度为650℃；Cu的原子百分比为10％时，热处理温度为800℃；且Cu的原子百分比越高时对应的热处理温度越低。(2)当氢分离合金为三元合金时，热处理温度为650-1000℃，将氢分离合金中除去V、Cu两种元素以外的金属元素称为第三组元；当第三组元金属为Al时，热处理温度为650-680℃，且Cu的原子百分比越高、Al的原子百分比越高时对应的热处理温度越低；当第三组元金属为Fe、Co、Ni或Pd时，热处理温度为650-850℃，且Cu的原子百分比越高、Fe、Co、Ni或Pd的原子百分比越低时对应的热处理温度越低；当第三组元金属为Cr或Mo时，热处理温度为800-1000℃，且Cu的原子百分比越高、Cr或Mo的原子百分比越低时对应的热处理温度越低。(3)当氢分离合金为四元及以上合金时，热处理温度为650-1000℃，将氢分离合金中除去V、Cu两种元素以外的金属元素称为其他组元；当其他组元包含Cr、Mo时、且不含有Al、Fe、Co、Ni或Pd时，热处理温度为800-1000℃，且Cu的原子百分比越高、Cr、Mo的原子百分比越低时对应的热处理温度越低；当其他组元包含Fe、Co、Ni和/或Pd、且不含有Al时，热处理温度为650-850℃，且Cu的原子百分比越高、Fe、Co、Ni和/或Pd的原子百分比越低时对应的热处理温度越低；当其他组元包含Al时，热处理温度为650-680℃，且Cu的原子百分比越高、Al的原子百分比越高时对应的热处理温度越低。优选地，步骤3所述的热处理时间为120-168h。本专利技术具有以下效果：本专利技术所述的合金或者利用本专利技术方法制造的合金是一种具有高塑性和高氢渗透性的V-Cu偏晶型氢分离合金，其优点在于能够降低基体合金中V的含量，同时改变bcc-V固溶体的晶格结构，从而降低了合金的氢溶解度，提高了合金的抗氢脆性。并且本专利技术能够在保持加入Cu之前的V基氢分离合金高的氢渗透性的基础上，提高合金材料的塑性变形能力；本专利技术所述的合金能够适用轧制工艺，能够将氢分离合金膜片做到在保证渗氢能力的情况下生产与传统切割铸锭方法相比厚度更小的滤氢金属膜(能够制造为0.1mm的板材)，然后利用线切割制得所需直径的膜片，能够极大地节省资源。利用切割铸锭方法能够得到7-8片滤氢金属膜的V基合金，切割铸锭方法会产生较多的材料浪费；而本专利技术所述的合金或者利用本专利技术方法制造的合金能够轧制，然后对板材进行切割，不会造成材料的过多浪费；与切割铸锭方法相比，基于同样体积的V-Cu基氢分离合金铸锭，利用本专利技术能够通过轧制切割制造出30-40片滤氢金属膜。同时，在渗透性能变化不大的前提下，本专利技术轧制切割获得的V-Cu基滤氢金属膜合金成本、加工成本都更低，而且拥有更好的抗氢脆性，工业化应用前景广阔。附图说明图1为实施例1制备V-Cu基氢分离合金的母合金锭实物图；图2为实施例1制备的母合金锭的铸态微观组织图；图3为实施例1制备V-Cu基氢分离合金的轧制板材实物图；图4V-Cu氢分离合金膜渗氢结果图；图5为(V-10Fe)90Cu10氢分离合金渗氢流量示意图；图6(V-5Cr)90Cu10氢分离合金渗氢流量示意图。具体实施方式具体实施方式一：一种V-Cu系偏晶型氢分离合金，所述氢分离合金的包括V、Cu，以及能够与V形成固溶体的金属溶质元素；氢分离合金的显微组织结构上，V为bcc-V(体心立方的钒)，Cu为fcc-Cu(面心立方的铜)；所述V的原子百分比为56.5％-90％，所述Cu的原子百分比为10％-40％，所述的能够与V形成固溶体的金属溶质元素的原子百分比为0％-9％。将Cu添加量设为10-40％(At.％)是为了降低氢分离合金中的氢溶解度，且提高塑形变形能力的缘故；若Cu添加量未满10％(At.％)，便无法实现合金在室温下冷变形的能力；若Cu添加量超过40％(At.％)，便会导致该氢分离合金氢渗透性能明显下降，达不到预期的效果。具体实施方式二：本实施方式所述V的原子百分比为56.5％-81％，所述Cu的原子百分比为10％-40％，所述的能够与V形成固溶体的金属溶质元素的原子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种V‑Cu系偏晶型氢分离合金，其特征在于，所述氢分离合金的包括V、Cu，以及能够与V形成固溶体的金属溶质元素；所述V的原子百分比为56.5％‑90％，所述Cu的原子百分比为10％‑40％，所述的能够与V形成固溶体的金属溶质元素的原子百分比为0％‑9％。

【技术特征摘要】
1.一种V-Cu系偏晶型氢分离合金，其特征在于，所述氢分离合金的包括V、Cu，以及能够与V形成固溶体的金属溶质元素；所述V的原子百分比为56.5％-90％，所述Cu的原子百分比为10％-40％，所述的能够与V形成固溶体的金属溶质元素的原子百分比为0％-9％。2.根据权利要求1所述的一种V-Cu系偏晶型氢分离合金，其特征在于，所述V的原子百分比为56.5％-81％，所述Cu的原子百分比为10％-40％，所述的能够与V形成固溶体的金属溶质元素的原子百分比为3.5％-9％。3.根据权利要求1或2所述的一种V-Cu系偏晶型氢分离合金，其特征在于，所述的形成固溶体的金属溶质元素包括Cr、Fe、Al、Co、Ni、Mo、Pd中的一种或多种。4.一种V-Cu系偏晶型氢分离合金的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、并精确称量纯V和纯Cu，或者精确称量纯V、纯Cu和能够与V形成固溶体的溶质元素金属，然后对配比的原材料进行熔炼；步骤2、冷轧：对熔炼好的铸态母合金锭进行室温轧制，道次压下量为0.1-0.25mm，厚度上的总变形量为86-99％；步骤3、热处理工艺：对轧制后的板材通过石英管密封后放入热处理炉中，热处理温度控制在650-1000℃，热处理时间为1-168h；步骤4、对热处理后的板材表面进行打磨和抛光，然后在板材试样正反两面分别以溅射镀膜的方式镀150nm厚的钯膜，制得实验所需的氢分离合金膜片。5.根据权利要求4所述的一种V-Cu系偏晶型氢分离合金的加工方法，其特征在于，步骤3所述的热处理温度根据氢分离合金的性质和原子百分比而定：当氢分离合金为V-Cu二元合金时，热处理温度为650-800℃；Cu的原子百分比为40％时，热处理温度为650℃；Cu的原子百分比为10％时，热处理温度为800℃；且Cu的原子百分比越高时对应的热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新中，黄菲菲，梁骁，刘冬梅，陈瑞润，郭景杰，苏彦庆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23