一种能开花的铝合金粉体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种能开花的铝合金粉体及其制备方法和应用，涉及金属粉体技术领域。该能开花的铝合金粉体由球形铝基体和弥散分布于所述球形铝基体中的纳米颗粒组成；所述纳米颗粒包括铋不包括锡，或者包括铋和锡；所述能开花的铝合金粉体为具有光滑表面的球形颗粒。所述能开花的铝合金粉体通过采用超音雾化急冷法制备。该铝合金粉体用于与气态水反应产生氢气，在与气态水反应时具有开花状的外观形貌演变过程，具有很高的铝‑氢气转换效率，可广泛应用于气态水制氢，便携式供氢及氢医疗领域。

A flowering aluminum alloy powder and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种能开花的铝合金粉体及其制备方法和应用
本专利技术涉及金属粉体
，尤其涉及一种能开花的铝合金粉体及其制备方法和应用。
技术介绍
传统矿物能源的枯竭迫使人们更加关注绿色清洁能源，如风能、太阳能、氢能和水能。其中，氢能由于具有良好的储能密度和资源丰富性，被认为是一种理想的未来能源。然而，目前氢气的运输和储存都依赖于高压氢气瓶，其储氢密度仍然较低，在碰撞过程中容易泄露氢气造成安全事故。因此，使用固体储氢材料或即时制氢材料并具有高储氢密度和安全性的便携式制氢技术日益受到人们的关注。如专利CN101289163A介绍了一种水解制氢的铝合金，其成分为单质金属铝(40～90wt％)、金属铋(8～50wt％)、低熔点金属(金属镓、锡、锌、镉、汞、铅、铟、镁、锗和/或钙)(0～15wt％)、水溶性化合物(1～40wt％)。该铝合金的制备方法为机械球磨法，机械球磨法是利用球磨机的转动或振动使硬球对原料进行强烈的冲击，研磨和搅拌，粉末颗粒经过压延、压和、又碾碎、再压和的反复过程(冷焊—粉碎—冷焊的反复进行)，最后产品为不规则片状合金粉末。该铝合金可以在常温与水反应，并且产氢量可以达到理论值的95％左右。又如专利CN104190916A公开了一种抗氧化的水解制氢复合粉体，其通过液液两相分离同时析出两种液相M和N，同种液相的液滴合并在一起，从而形成半包裹或全包裹的核/壳型复合结构使复合粉体在能够与水进行快速制氢的同时在空气中储存时具有一定的抗氧化性。该复合粉性质稳定，抗氧化能力强，保存方法简单，携带方便，产氢过程不受水温水质限制，解决了氢气的存储和运输问题，降低了成本和风险，在移动氢源、氢动力汽车等民用领域以及在潜艇、船舰、鱼雷等军用领域都具有极大的应用价值和市场前景。然而，这些水基制氢材料制氢时存在的问题是需要液态水，这限制了便携式制氢技术的应用。与液态水相比，气态水在空气中广泛存在。最近的研究发现，掺Li、Mg、Zn、Bi、Sn和NaBH4的铝基材料能与高温气态水反应，与气态水反应的起始温度可降低到200℃，铝-氢气转化率达87.83％，但由于反应温度高，限制了其应用。但到目前为止，还未能找到一种能在200℃以下与气态水发生连续反应的材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能开花的铝合金粉体及其制备方法和应用，本专利技术的铝合金粉体能在常温下与气态水连续反应生成氢气并具有高铝-氢气转换率。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种能开花的铝合金粉体，由球形铝基体和弥散分布于所述球形铝基体中的纳米颗粒组成；所述纳米颗粒包括铋不包括锡，或者包括铋和锡；所述能开花的铝合金粉体为具有光滑表面的球形颗粒；优选的，所述铋的含量不少于铝合金粉体质量的1％，且当所述纳米颗粒包括铋和锡时，所述能开花的铝合金粉体中铋和锡的总含量不超过铝合金粉体质量的10％。优选的，所述能开花的铝合金粉体还包括其他添加元素，所述其他添加元素包括铁、锌和铜中的一种或多种。优选的，所述其他添加元素的用量不超过所述能开花的铝合金粉体质量的2％，且当所述纳米颗粒包括铋不包括锡时，所述其他添加元素的用量低于铋的质量百分含量，当所述纳米颗粒包括铋和锡时，所述其他添加元素的用量低于铋与锡元素的质量百分比之和。优选的，所述纳米颗粒中粒径为5～300nm的颗粒占99％以上。优选的，所述能开花的铝合金粉体的粒径为1～40μm。本专利技术提供了上述方案所述能开花的铝合金粉体的制备方法，包括以下步骤：(1)设计铝合金粉体的成分，使合金的成分满足上述技术方案所述的成分要求；(2)在超音雾化炉的超音雾化室炉壁内通入2～10℃冷却水，使超音雾化室冷却至2～10℃的温度，按设计的铝合金粉体的成分称量各纯金属，放入超音雾化炉加热室坩埚中，抽真空达到20Pa以下后，充保护气体至0.01～0.1MPa,利用超音雾化制粉炉内的加热设备将坩埚内的金属加热至全部金属刚好熔化，继续升温100～250℃以后，将熔融液体导入超音雾化室，与此同时用8～15MPa的高压惰性气体通过超音雾化炉的超音波发生腔产生超音振荡气流后冲击熔融液体使其雾化，沉淀后即得能开花的铝合金粉体。优选的，将熔融液体导入超音雾化室前，优选还包括对熔融液体保温8～15min。本专利技术提供了上述方案所述能开花的铝合金粉体或上述方案所述制备方法制备得到的能开花的铝合金粉体在与气态水反应制取氢气中的应用。优选的，所述气态水的温度在10℃～300℃。本专利技术的原理：本专利技术在球形铝基体中引入弥散分布的纳米颗粒，使每颗铝粉与气态水或空气中的气态水接触时，水分子能被表面的纳米颗粒吸附从而迅速的渗透到球形铝基体内部，在球形铝基体内部，弥散分布的纳米活化颗粒周围的铝基体与水分子反应自发产生氢气泡而使得铝粉的表面迅速向外膨胀，使铝合金粉体具有开花般的形貌演变过程；该过程使得铝合金粉体像花朵开放般不断露出粉末未反应的内部基体，使其与空气接触，从而具有很高的铝-氢气转换效率。专利CN104190916A的成分在冷却过程中通过液液相分离区(L→L1+L2)，其核心是通过液液两相分离同时析出两种液相M和N，同种液相的液滴合并在一起，从而形成半包裹或全包裹的核/壳型复合结构。而本专利技术为了获得更高的冷却速度使之超过形成核/壳型复合结构的临界点，从而使析出的液相具有纳米尺度并瞬间被快速凝固的基体所包裹，采用不同于上述专利使用的传统气雾化制粉技术的超音雾化急冷制粉技术，用高压惰性气体通过超音雾化炉的超音波发生腔产生超音振荡气流后冲击熔融液体，使熔融液体产生高频振动，从而破碎熔融液体雾化，雾化后的合金粉体在2～10℃的低温雾化腔中快速凝固，从而使析出纳米活化颗粒更加细小，阻碍纳米活化颗粒向粉体表面移动，从而预防形成核壳结构或半包裹的核壳结构，获得纳米颗粒弥散分布于球形铝基体中的球形铝合金颗粒。本专利技术与专利CN104190916A相比，专利CN104190916A的一种抗氧化的水解制氢复合粉体的特征在于该复合粉体形成半包裹或全包裹的核/壳型复合结构，并且壳层中存在微裂纹以及富M相的小颗粒。由于特殊的结构导致其性质稳定，抗氧化能力强，可以在干燥空气中长期存放而不被氧化。而本专利技术通过形成纳米颗粒弥散分布于球形铝基体中，提升了铝合金粉体在空气中与气态水反应的活性，从而使得本专利的粉体可用于与低温气态水反应生成氢气。本专利技术与专利CN101289163A一种水解制氢的铝合金与CN102992263A一种Al-Bi-NaCl-碱金属或氢化物水解制氢用复合材料及其制备相比,CN101289163A和CN102992263A都采用球磨技术将活化相在球磨过程中嵌入基体，从而使材料具有较好的制氢性能。而本专利技术采用了超音雾化急冷制粉技术，通过提高冷速使得活化颗粒具有纳米尺度并更加均匀地分布于基体中，另外本专利技术的粉体外观具有规则的球形，故使得球体可以与低温气态水反应发生开花状的形貌变化。因而本专利技术可以与低温气态水连续反应生成氢气。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能开花的铝合金粉体，其特征在于，由球形铝基体和弥散分布于所述球形铝基体中的纳米颗粒组成；所述纳米颗粒包括铋不包括锡，或者包括铋和锡；所述能开花的铝合金粉体为具有光滑表面的球形颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种能开花的铝合金粉体，其特征在于，由球形铝基体和弥散分布于所述球形铝基体中的纳米颗粒组成；所述纳米颗粒包括铋不包括锡，或者包括铋和锡；所述能开花的铝合金粉体为具有光滑表面的球形颗粒。


2.根据权利要求1所述的能开花的铝合金粉体，其特征在于，所述铋的含量不少于铝合金粉体质量的1％，且当所述纳米颗粒包括铋和锡时，所述能开花的铝合金粉体中铋和锡的总含量不超过铝合金粉体质量的10％。


3.根据权利要求1所述的能开花的铝合金粉体，其特征在于，所述能开花的铝合金粉体还包含其他添加元素，所述其他添加元素包括铁、锌和铜中的一种或多种。


4.根据权利要求3所述的能开花的铝合金粉体，其特征在于，所述其他添加元素的用量不超过所述能开花的铝合金粉体质量的2％，且当所述纳米颗粒包括铋不包括锡时，所述其他添加元素的用量低于铋的质量百分含量，当所述纳米颗粒包括铋和锡时，所述其他添加元素的用量低于铋与锡元素的质量百分比之和。


5.根据权利要求1～4任一项所述的能开花的铝合金粉体，其特征在于，所述纳米颗粒中粒径为5～300nm的颗粒占99％以上。


6.根据权利要求1～4任一项所述的能开花的铝合金粉体，其特征在于，所述能开花的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴军，陈信任，柳玉恒，邓睿，汉和雨，李泽鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44