一种制备Ｌａ２Ｍｇ１７储氢合金的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备Ｌａ↓［２］Ｍｇ↓［１７］储氢合金的新方法，属于金属功能材料技术领域。该方法主要包括以下步骤：按Ｌａ↓［２］Ｍｇ↓［１７］化学组分将Ｌａ和Ｍｇ金属块置于不锈钢坩锅中并覆盖上混合盐；随后在马弗炉中加热至９５０℃保温并搅拌，再降温到９００℃保温并搅拌数次；然后将坩锅置于水中冷却，随即将盐块破碎取出后即可得到Ｌａ↓［２］Ｍｇ↓［１７］合金。本发明专利技术的主要特点是合金制备工艺简单且容易实现、对设备要求低、原料损失少、合金成分容易控制且较均匀、杂质含量低，适合规模化工业生产。本发明专利技术方法制备的Ｌａ↓［２］Ｍｇ↓［１７］储氢合金具有容量高、氢化动力学性能好等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备La2Mgn储氢合金的新方法，属于金属功能材料

技术介绍
作为一种新型的清洁能源，氢在制取、储存、输送及规模应用方面都还存在大量 的问题。尤其是氢的储存更是成为材料科学领域研究的难点。原因是作为一种有效的 储氢技术，必须同时达到一定的重量密度和体积密度、充放氢可逆性和良好的动力学 性能等指标。为了开发高容量、低成本的储氢材料，人们对镁系储氢合金进行了大量 研究。金属镁作为储氢材料有许多优点1、密度小，仅为1.74g'cm入2、储氢容量 高，MgH2的含氢量达到7.6wt.。/。； 3、资源丰富，价格低廉。但是镁的吸放氢条件比 较苛刻，纯Mg与氢气需要在350'C的高温下才能反应，放氢动力学也较差，不能作 为实际使用的储氢材料。近年来，为了改善镁基材料的储氢性能，研究人员开展了大量研究。其中，La2Mgn 合金因具有较高的储氢容量和较好的吸放氢动力学性能而备受关注。传统制备La2Mgn合金的方法是将镁原料、稀土原料全部的混合物加入到熔化炉 中同时熔化。但是，相对于La的熔点(921'C)， Mg的熔点(650。C)是较低的。因此， 若在熔化炉中同时熔化Mg、 La，必然是熔点低的Mg首先熔化而沉浸到熔化炉(坩锅) 的底部，同时，若进一步加热到高温，则Mg就在La熔化前大量蒸发，成为不均质 的合金。所以， 一般的熔化制备方法存在这样的问题 一方面，由于镁的挥发量无法 预测和控制，从而无法保证合金成分均匀稳定；另一方面，由于挥发的镁蒸汽异常活 泼，稍遇空气就燃烧爆炸，所以如果设备出现异常，很容易引发安全事故，所以不宜 采用真空感应熔炼或真空磁悬浮熔炼的方法来实现La2Mg17合金的熔炼。为了解决这些问题， 一些研究者在制备稀土镁系合金时采用了预先额外混合相当 于蒸发损失量的Mg的方法、固相反应烧结法和正压熔炼法。但是，实际上采用第一 种方法时蒸发损失的Mg量随着熔化条件的变化而变化，不能确实地得到与设计成份 相符的合金，没有成为根本性的解决方案。另外，采用固相反应烧结法工艺复杂，条 件也较难控制，难以适合大批量规模化生产；而采用正压熔炼受到设备限制，且工业 生产安全性较差
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备La2Mgn储氢合金的新方法。采用本专利技术的方法， La2Mgn合金制备工艺简单且容易实现、对设备要求低、原料损失少、合金成分容易 控制且较均匀、杂质含量低；本专利技术方法制备的La2Mgn储氢合金具有容量高、氢化 动力学性能好等特点；另外，合金的制备成本低廉，适合规模化工业生产。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案一种制备La2Mgn储氢合金的方法，其特征在于该方法具有如下工艺步骤1) 按照La2Mg17化学剂量比称取纯度大于99.5%的La和Mg金属块共20 80g，置 于圆柱形不锈钢坩锅中，再称取相当于原料金属总重量2 10倍的纯度为99.5% 的混合盐，均匀混合后置于不锈钢坩锅中并使其完全覆盖原料金属；2) 将马弗炉的炉温升至卯0 1000'C，待温度稳定后，将装好样品和混合盐覆盖剂 的不锈钢坩锅放入炉内，保温20min后取出搅拌，随后每隔5 20min再取出搅 拌，共搅拌1 5次；然后进行下一步骤或将样品随炉冷却至850 95(TC，待温 度稳定后，每隔5 20min取出搅拌l次，共搅拌1 3次；3) 取出不锈钢坩锅，采取水冷的方式让其迅速降温；待样品完全冷却后，将覆盖在 金属表面的盐块破碎并取出，随后收集坩锅底部的合金，将其真空密封包装，便 得到La2Mgn储氢合金。上述制备La2Mgn储氢合金的方法中所述的混合盐为NaCl、 KC1、 LiCl、 MgCl2、 CaCl2或CaF2中的两种或三种。上述制备La2Mgn储氢合金的方法中用于盛放合金的坩锅为不锈钢坩锅，使 La2Mg17合金熔液冷却凝固的方式为水冷。本专利技术方法的原理是依据La-Mg体系的相图和各组分的熔点确定合金的合成 温度；选用熔点较低的覆盖盐，使加热后覆盖混合盐首先熔化，利用覆盖熔盐具有一 定的粘度，流动性好的优点和熔盐与金属密度上的差别使其覆盖在金属表面，避免 La、 Mg与空气接触而氧化，同时抑制金属镁在熔炼过程中的挥发；利用覆盖熔盐表 面张力大，与合金液夹杂少的优点，使坩锅中熔盐与合金液分层分布，便于随后合金 与混合盐的分离；采用水冷可加快冷却速度、减少合金偏析，得到成分均匀的合金； 本专利技术中，作为制备合金的装置，不锈钢坩锅易采用水冷的冷却方式。本专利技术方法与现有技术相比，具有以下优点 1)可以使具有良好结晶性的、组成均匀的La2Mgi7储氢合金较好地合金化，保证合 金实际成份与设计成份相符；2) 无需提供保护气氛和真空条件即可避免La、 Mg金属的氧化，合成过程杂质引入 极少；3) 解决了熔炼过程中镁的挥发问题，避免了为弥补镁的蒸发损失而追加镁原料的繁 琐工序，保证了 La2Mgn储氢合金在熔炼过程中的成分稳定，消除了储氢合金中 金属镁挥发带来的安全问题；4) 压力-成份-温度(PCT)及动力学性能测试表明，本专利技术方法制备的La2Mgn储氢合 金活化性能优异，且储氢容量大、吸氢温度低、速度快；5) 合金合成过程简洁、安全，设备简单、易操作，成本低廉且适合工业化生产；6) 除了La2Mgn合金外，该方法还适用于其它稀土镁系储氢合金的制备。 附图说明图l本专利技术方法制备的La2Mgn储氢合金的XRJD图谱(下图谱La2Mgn合金。工艺如实施例1所述)及其该合金氢化反应后的XRD图谱(上图谱)图2本专利技术方法制备的La2Mgn储氢合金能谱分析结果(工艺如实施例1所述)图3本专利技术方法制备的La2Mgn储氢合金在35(TC、 10MPa H2下的活化性能(工艺如实施例1所述)图4本专利技术方法制备的La2Mgn储氢合金在4MPaH2，不同温度下的吸氢动力学曲线 (工艺如实施例1所述)图5本专利技术的实施例2、 3和4中的La2Mgn储氢合金的XRD图谱图6本专利技术的实施例2、 3禾卩4中的La2Mgn储氢合金在4MPaH2， 573K下的吸氢动力学曲线具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术的方法并不仅限于实施例。 实施例l按照La2Mgn化学剂量比称取纯度大于99.5%的La、 Mg金属块共40g置于圆柱 形不锈钢坩锅中，再称取纯度为99.5%的NaCl和KC1分析纯各70g，均匀混合后置 于不锈钢坩锅中使其完全覆盖原料金属；将马弗炉的炉温升至95(TC，待温度稳定后， 将装好样品和混合盐覆盖剂的不锈钢坩锅放入炉内，保温20min后取出搅拌一次，隔 20min再取出搅拌l次；随即将炉温在20min内冷却至900'C，待温度稳定后，每隔 15min取出搅拌l次，共搅拌3次，最后一次搅拌后，待温度稳定至90(TC，取出埘锅并置于水中让其迅速冷却，冷却过程中注意避免冷却水漫入坩锅口造成样品污染； 待样品完全冷却后，将覆盖在金属表面的盐块破碎并取出，随后收集坩锅底部的合金， 将其真空密封包装后，便得到最终的合金产物。如附图1所示，通过XRD分析发现 制得的合金相组成为La2Mg17与少量LaMg3，而合金氢化后的组成相为La与Mg的 氢化物与少量的La(OH)3，从合金氢化前后的相组成可知合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备Ｌａ↓［２］Ｍｇ↓［１７］储氢合金的方法，其特征在于该方法具有如下工艺步骤：ａ．按照Ｌａ↓［２］Ｍｇ↓［１７］化学剂量比称取纯度大于９９．５％的Ｌａ和Ｍｇ金属块共２０～８０ｇ，置于圆柱形不锈钢坩锅中，再称取相当于原料金属总重量２～１０倍的纯度为９９．５％的混合盐，均匀混合后置于不锈钢坩锅中并使其完全覆盖原料金属；ｂ．将马弗炉的炉温升至９００～１０００℃，待温度稳定后，将装好样品和混合盐覆盖剂的不锈钢坩锅放入炉内，保温２０ｍｉｎ后取出搅拌，随后每隔５～２０ｍｉｎ再取出搅拌，共搅拌１～５次；然后进行下一步骤或将样品随炉冷却至８５０～９５０℃，待温度稳定后，每隔５～２０ｍｉｎ取出搅拌１次，共搅拌１～３次；ｃ．取出不锈钢坩锅，采取水冷的方式让其迅速降温；待样品完全冷却后，将覆盖在金属表面的盐块破碎并取出，随后收集坩锅底部的合金，将其真空密封包装，便得到Ｌａ↓［２］Ｍｇ↓［１７］储氢合金。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，李谦，赵显久，刘杨，崔晓阳，王俊，林根文，周国治，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]