高容量易活化贮氢合金及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种高容量易活化Y‑Mg‑Ni‑Mn‑Zr基贮氢合金粉末及其制备方法和应用，所述贮氢合金粉末化学式为：YMgNi4‑x‑yMnxZry，式中x、y为原子比，0.2

High Capacity Activable Hydrogen Storage Alloy and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
高容量易活化贮氢合金及其制备方法与应用
本专利技术属于贮氢合金材料
，特别涉及一种高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末及其制备方法与应用。
技术介绍
氢能由于其零污染、可循环、高效等特点被认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。应用氢能作为能源汽车的动力能有效的减少空气污染等问题。如何有效地、可逆地进行吸放氢是氢能利用的关键。随着氢燃料电池的开发以及氢能源汽车的发展，开发具有高效、可逆吸放氢性能的储氢材料意义重大。RE-Mg-Ni系AB2型储氢合金也是一类有应用潜力的合金，其中典型代表LaMgNi4合金储氢量为1.77wt.％，明显高于AB5型稀土合金(1.4wt.％)，同时其易于活化，在第一次吸放氢后即可达到最大储氢量。研究发现，元素替代可以明显降低合金氢化物的分解温度，且合金的吸放氢动力学对合金的结构敏感。特别是结构的纳米化及非晶化可以大幅度降低合金的吸放氢温度并提高其贮氢动力学。机械球磨可以获得具有纳米晶及非晶结构的合金粉末，使合金的贮氢动力学性能得到大幅度改善。实验在成分设计上采用锰及锆部分替代镍。通过成分设计，降低氢化物的热稳定性。在科学设计成分的基础上，用真空感应熔炼技术与球磨工艺相结合制备的合金，获得在较低的温度下具有高的吸放氢能力，而且合金的吸放氢动力学性能大幅度改善。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提出一种高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末。本专利技术的一种高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末，其化学式为：YMgNi4-x-yMnxZry，式中x、y为原子比，0.2<x<;0.8，0.2<y<0.8。本专利技术的高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末，采用锰及锆部分替代镍。通过成分设计，降低氢化物的热稳定性。在科学设计成分的基础上，用真空感应熔炼技术与球磨工艺相结合制备的合金，获得在较低的温度下具有高的吸放氢能力，而且合金的吸放氢动力学性能大幅度改善。本专利技术的高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末，通过添加过渡族金属锰及锆，降低了合金氢化物的热稳定性，通过快淬工艺获得具有超细晶粒(纳米尺度)的快淬合金薄带，改善合金的吸放氢动力学。在此基础上，用机械破碎法粉碎快淬合金薄带，并施以较短时间的球磨，改善了快淬态合金的表面状态，使合金的吸放氢热力学及动力学得到进一步提升。另外，本专利技术上述的高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末，还可以具有如下附加的技术特征：本专利技术的而另一个目的在于提出所述的高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末的制备方法。所述的高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末的制备方法，包括如下步骤：S101：按照化学式组成YMgNi4-x-yMnxZry进行配料；式中x、y为原子比，0.2<x<0.8，0.2<y<0.8；所述化学式组成中的镁在配比时增加5％～10％比例的烧损量；S102：将所述步骤S101配好的原料放入真空感应炉中，将金属镁放在坩埚最上部，然后抽真空至1×10-2Pa～5×10-4Pa，再施加0.01MPa～0.1MPa的氦气，然后加热至温度为1400℃～1600℃的熔融态并保温5min～10min，再将熔融态合金浇注到铜铸模中，得到Y-Mg-Ni-Mn-Zr母合金铸锭；S103：将所述步骤S102制备的母合金铸锭至于底部具有狭缝的石英管内，然后加热至熔化，再利用保护气体的压力使液态合金从石英管底部狭缝喷口喷出，落在线速度为10m/s～40m/s旋转的水冷铜辊的表面，形成厚度为25μm～50μm、宽度为5mm～25mm的快淬合金薄带；S104：将所述快淬合金薄带机械破碎并过180目～220目筛，然后装入不锈钢球磨罐中，抽真空并充入氩气，在球磨机中球磨10h～30h；S105：将球磨后的合金机械粉碎，并过180目～220目筛，得到高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末。进一步地，在所述步骤S102和所述步骤S103中，加热的方式为感应加热。进一步地，在所述步骤S104中，所述球磨机为全方位行星式高能球磨机。进一步地，在所述步骤S104中，球磨时，球料比为(38～42):1，转速为320r/min～380r/min，且在球磨过程中，每球磨3h停机1h。本专利技术的再一个目的在于提出所述的高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末在材料加工
的应用。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为实施例1快淬态合金薄带的实物照片；图2为实施例1球磨态合金颗粒的微观结构及电子衍射环。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例1实施例1提出了一种高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末，其化学式为：YMgNi4-x-yMnxZry，式中x、y为原子比，0.2<x<0.8，0.2<y<0.8。实施例1的高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末的制备方法，包括如下步骤：(1)按照化学式组成YMgNi4-x-yMnxZry进行配料；式中x、y为原子比，0.2<x<0.8，0.2<y<0.8；所述化学式组成中的镁在配比时增加5％比例的烧损量。(2)将所述步骤(1)配好的原料放入真空感应炉中，将金属镁放在坩埚最上部，然后抽真空至5×10-4Pa，再施加0.01MPa的氦气，然后感应加热至温度为1600℃的熔融态并保温5min，再将熔融态合金浇注到铜铸模中，得到Y-Mg-Ni-Mn-Zr母合金铸锭。(3)将所述步骤(2)制备的母合金铸锭至于底部具有狭缝的石英管内，然后感应加热至熔化，再利用保护气体的压力使液态合金从石英管底部狭缝喷口喷出，落在线速度为40m/s旋转的水冷铜辊的表面，形成厚度为25μm、宽度为25mm的快淬合金薄带。(4)将所述快淬合金薄带机械破碎并过180目筛，然后装入不锈钢球磨罐中，抽真空并充入氩气，在全方位行星式高能球磨机中球磨30h。球磨时，球料比为38:1，转速为380r/min，且在球磨过程中，每球磨3h停机1h。(5)将球磨后的合金机械粉碎，并过180目筛，得到高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末，如图1所示。然后用TEM测试快淬态合金的结构，用全自动Sieverts设备测试合金的气态贮氢容量及吸放氢动力学。吸放氢温度为100℃,吸氢初始氢压为3MPa,放氢在为1×10-4MP压力下进行。结果如图2所示。实施例2实施例2提出了一种高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末，其化学式为：YMgNi4-x-yMnxZry，式中x、y为原子比，0.2<x<0.8，0.2<y<0.8。实施例2的高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末的制备方法，包括如下步骤：(1)按照化学式组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高容量易活化Y‑Mg‑Ni‑Mn‑Zr基贮氢合金粉末，其特征在于，其化学式为：YMgNi4‑x‑yMnxZry，式中x、y为原子比，0.2<x<0.8，0.2<y<0.8。

【技术特征摘要】
1.一种高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末，其特征在于，其化学式为：YMgNi4-x-yMnxZry，式中x、y为原子比，0.2<x<0.8，0.2<y<0.8。2.权利要求1所述的高容量易活化Y-Mg-Ni-Mn-Zr基贮氢合金粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S101：按照化学式组成YMgNi4-x-yMnxZry进行配料；式中x、y为原子比，0.2<x<0.8，0.2<y<0.8；所述化学式组成中的镁在配比时增加5％～10％比例的烧损量；S102：将所述步骤S101配好的原料放入真空感应炉中，将金属镁放在坩埚最上部，然后抽真空至1×10-2Pa～5×10-4Pa，再施加0.01MPa～0.1MPa的氦气，然后加热至温度为1400℃～1600℃的熔融态并保温5min～10min，再将熔融态合金浇注到铜铸模中，得到Y-Mg-Ni-Mn-Zr母合金铸锭；S103：将所述步骤S102制备的母合金铸锭至于底部具有狭缝的石英管内，然后加热至熔化，再利用保护气体的压力使液态合金从石英管底部狭缝喷口喷出，落在线速度为10m/s～40...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟亭亭，袁泽明，韩忠刚，侯忠辉，刘卓承，张羊换，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15