一种Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法技术

一种Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法，其主要是将感应熔炼得到的前驱物Nd0.8Mg0.2Ni2.7和Mg2Ni铸锭研磨成粒度小于400目的粉，按照镍粉：Nd0.8Mg0.2Ni2.7：Mg2Ni的摩尔比为1:0.38～0.42:0.01～0.02的比例，将它们混合均匀；在5～5.5MPa压力下冷压成型，在管式炉中进行分步粉末烧结处理：从室温经过五次升温至950℃，最后从950℃降温至850℃，降温速率1℃/min；烧结程序结束，合金随炉温冷却至室温。本发明专利技术设备简单、工艺操作简单、条件稳定，并且合金成分容易控制，烧结得到的合金具有较好的结构稳定性和综合电化学性能。

Method for preparing Gd2Co7 type Nd - Mg - Ni system single phase alloy

A method for preparing Gd2Co7 type Nd - Mg - Ni series single-phase alloy, which is mainly the induction furnace precursor Nd0.8Mg0.2Ni2.7 and Mg2Ni ingot grind to a particle size of less than 400 to fly, in accordance with the nickel powder: Nd0.8Mg0.2Ni2.7:Mg2Ni molar ratio of 1:0.38 ~ 0.42:0.01 ~ 0.02 of the proportion, mixing them evenly; in 5 ~ 5.5MPa under the pressure of cold pressing, step by step powder sintering in a tube furnace: from room temperature after five is heated to 950 DEG C, the final cooling from 950 degrees to 850 degrees Celsius, cooling rate of 1 DEG /min; sintering process ended, alloy with temperature and cooled to room temperature. The invention has the advantages of simple equipment, simple process operation, stable condition, easy control of alloy composition and alloy obtained by sintering, and has better structural stability and comprehensive electrochemical performance.

【技术实现步骤摘要】
一种Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法
：本专利技术属于材料
，特别涉及一种贮氢合金的制备方法。
技术介绍
：金属氢化物镍电池(Ni/MH)是一种新型高容量二次电池，可以广泛用于便携式电子设备、电动车、混合式电动车等领域。它与目前发展比较迅速的锂离子(Li)电池相比，具有安全无污染、无记忆效应和抗过充/放电能力强的优点。在Ni/MH电池中，负极材料是影响电池物理化学性能的最主要的因素之一。目前商业化使用的Ni/MH电池负极材料主要是AB5型稀土系贮氢合金，但是该类合金受到晶体结构的限制，本征储氢量较低，且电化学容量已经达到300-330mAh/g，难以再满足电池性能进一步发展的需求。因此，研究和开发新型负极材料具有重要意义。本世纪初开始被广泛研究的RE–Mg–Ni系贮氢合金，具有不同于AB5型合金的特殊的超晶格结构，其每个晶胞都是由[RENi5]和[REMgNi4]亚单元沿着c轴方向周期性堆垛而成的，并且不同的[RENi5]/[REMgNi4]亚单元比例可堆垛成不同的结构。具体地，当亚单元[RENi5]/[REMgNi4]比例为1:1、2:1和3:1时，可形成AB3型、A2B7型和A5B19型结构，并且每种结构又根据其所包含的不同构型的[REMgNi4]亚单元，分为2H(CeNi3、Ce2Ni7、Pr5Co19)和3R(PuNi3、Gd2Co7、Ce5Co19)两种构型。其中，La–Mg–Ni系贮氢合金具有高容量的特点，被认为是理想的电池负极材料，但是该类合金的循环稳定性较差。与La元素相比，Nd元素的原子半径较小，化学活性较低，不容易发生氧化和腐蚀，且在碱性电解液中，能够生成一层氧化层阻止合金的进一步氧化和腐蚀，因此相比于La–Mg–Ni系合金，Nd–Mg–Ni系合金表现出较好的循环稳定性。2016年Du等人[W.K.Du,L.Zhang,Y.Li,etal.J.Electrochem.Soc.,2016,163(7):A1474–A1483]用分区退火处理的方法制备了PuNi3型Nd–Mg–Ni系单相合金，并指出与PuNi3型La2MgNi9单相合金相比，Nd2MgNi9单相合金表现出优异的循环寿命，其100周的循环稳定性为92％。研究表明，与AB3型合金相比，A2B7型合金的亚单元在吸放氢过程中体积变化差降低，结构稳定性提高，因此A2B7型合金表现出更高的循环寿命。K.Young等人[K.Young,T.Ouchi,B.Huang.J.PowerSources,2014,248(7):147-153]获得了一系列以Ce2Ni7相为主相的(Nd,Mg,Zr)(Ni,Al,Co)合金，并且发现随着合金中其他相含量的减少，合金的电化学性能不断改善，尤其是循环稳定性，这说明制备单相合金对于改善合金的性能具有重要意义。而Zhang等人[Q.A.Zhang,B.Zhao,M.H.Fang,etal.Inorg.Chem.,2012,51(5):2976–2983]指出对于原子半径较小的Nd元素，发生包晶反应时更倾向于生成3R(PuNi3、Gd2Co7、Ce5Co19)型结构，所以对于Nd–Mg–Ni系合金，3R构型的Gd2Co7结构更加稳定，但目前尚没有文献报道Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系合金的制备方法和电化学性能，因此，制备Gd2Co7型单相Nd–Mg–Ni合金对于研究合金的结构稳定性以及电化学性能具有重要意义。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种方法简单可靠、工艺易于操作控制、具有优良的电化学循环稳定性的Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法。本专利技术的方法具体步骤如下：(1)以感应熔炼得到的Nd0.8Mg0.2Ni2.7和Mg2Ni合金铸锭作为前驱物，在氩气气氛保护下机械粉碎成直径小于400目的粉末，然后按照镍粉：Nd0.8Mg0.2Ni2.7：Mg2Ni的摩尔比为1:0.38～0.42:0.01～0.02的比例，将它们混合均匀；(2)将步骤(1)的混合物在5～5.5MPa压力下冷压成型，放入不锈钢烧结罐中密闭封严；(3)将步骤(2)密封好的烧结罐放入管式炉中，在0～0.01MPa氩气氛围下进行烧结处理，烧结程序如下：首先，从室温升至250℃，升温速率为5℃/min，恒温2h；然后从250℃升温至500℃，升温速率5℃/min，恒温2h；再从500℃升温至800℃，升温速率10℃/min，恒温1h；然后继续从800℃升温至900℃，升温速率1℃/min，恒温48h；再从900℃升温至950℃，升温速率1℃/min，恒温60h；最后从950℃降温至850℃，降温速率1℃/min；烧结程序结束，合金随炉温冷却至室温，即可获得Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金，其组成为Nd0.78～0.82Mg0.22～0.18Ni3.46～3.5。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)设备简单、工艺操作简单、条件稳定，并且合金成分容易控制，能够可控制备特定相结构的合金。(2)制得的Nd–Mg–Ni系合金具有Gd2Co7型单相晶体结构，并且表现出较好的结构稳定性和综合电化学性能。附图说明：图1为本专利技术实施例1、2和3制备的Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相贮氢合金的Rietveld拟合图。图2为本专利技术实施例1、2和3制备的Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金电极放电容量与循环周数关系曲线图。图3为本专利技术实施例1、2和3制备的Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金电极的高倍率放电曲线图。具体实施方式：实施例1以感应熔炼得到的Nd0.8Mg0.2Ni2.7和Mg2Ni合金铸锭作为前驱物，在氩气气氛保护下机械粉碎成直径小于400目的粉末，然后按照镍粉：Nd0.8Mg0.2Ni2.7：Mg2Ni的摩尔比为1:0.38:0.01的比例，将它们混合均匀；将上述混合物在5MPa压力下冷压成型，放入不锈钢烧结罐中密闭封严；将密封好的烧结罐放入管式炉中，在0.01MPa氩气氛围下进行烧结处理，烧结程序如下：首先，从室温升至250℃，升温速率为5℃/min，恒温2h；然后从250℃升温至500℃，升温速率5℃/min，恒温2h；再从500℃升温至800℃，升温速率10℃/min，恒温1h；然后继续从800℃升温至900℃，升温速率1℃/min，恒温48h；再从900℃升温至950℃，升温速率1℃/min，恒温60h；最后从950℃降温至850℃，降温速率1℃/min；烧结程序结束，合金随炉温冷却至室温，即可获得Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金，合金组成为Nd0.82Mg0.18Ni3.5，其X射线衍射精修图谱如图1(a)所示。将上述烧结的合金磨去表面氧化层，机械粉碎，取直径小于200目的粉末与羰基镍粉按照1:5的比例制成镍氢电池负极片，用烧结的氢氧化亚镍(Ni(OH)2/NiOOH)做正极，6molL-1的KOH水溶液为电解液制成两电极半电池系统，利用DC-5电池测试仪测试合金电极的电化学性能。制备出的Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金电极的电化学性能如图2所示，合金电极经三个充放电循环即可完全活化，最大放电容量为340mAh/g，经过100圈充放电循环后，容量保持率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法，其特征在于：其具体步骤如下：(1)以感应熔炼得到的Nd0.8Mg0.2Ni2.7和Mg2Ni合金铸锭作为前驱物，在氩气气氛保护下机械粉碎成直径小于400目的粉末，然后按照镍粉：Nd0.8Mg0.2Ni2.7：Mg2Ni的摩尔比为1:0.38～0.42:0.01～0.02的比例，将它们混合均匀；(2)将步骤(1)的混合物在5～5.5MPa压力下冷压成型，放入不锈钢烧结罐中密闭封严；(3)将步骤(2)密封好的烧结罐放入管式炉中，在0～0.01MPa氩气氛围下进行烧结处理，烧结程序如下：首先，从室温升至250℃，升温速率为5℃/min，恒温2h；然后从250℃升温至500℃，升温速率5℃/min，恒温2h；再从500℃升温至800℃，升温速率10℃/min，恒温1h；然后继续从800℃升温至900℃，升温速率1℃/min，恒温48h；再从900℃升温至950℃，升温速率1℃/min，恒温60h；最后从950℃降温至850℃，降温速率1℃/min；烧结程序结束，合金随炉温冷却至室温，即可获得Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金，其组成为Nd0.78～0.82Mg0.22～0.18Ni3.46～3.5。...

【技术特征摘要】
1.一种Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法，其特征在于：其具体步骤如下：(1)以感应熔炼得到的Nd0.8Mg0.2Ni2.7和Mg2Ni合金铸锭作为前驱物，在氩气气氛保护下机械粉碎成直径小于400目的粉末，然后按照镍粉：Nd0.8Mg0.2Ni2.7：Mg2Ni的摩尔比为1:0.38～0.42:0.01～0.02的比例，将它们混合均匀；(2)将步骤(1)的混合物在5～5.5MPa压力下冷压成型，放入不锈钢烧结罐中密闭封严；(3)将步骤(2)密封好的烧结罐放入管式炉中，在0～0.01MPa氩气氛围下进行烧结处理，烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩树民，贾泽茹，张璐，赵雨萌，曹娟，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13