吸氢合金制造技术

提供一种吸氢合金，当其实际用作电池阴极时具有高的放电性。一种Ｎｉ基吸氢合金，其化学成分（重量％）包括：３２－３８％的主要含Ｌａ和／或Ｃｅ的稀土元素，０．１－１７％的Ｃｏ，０．１－３．５％的Ａｌ，０．５－１０％的Ｍｎ，０．００５－０．１％的氢，余量Ｎｉ和不可避免的杂质；其中，该合金具有特征如下的显微组织；具有Ｃｅ↓［２］Ｎｉ↓［７］型晶体结构的相和稀土元素氢化物弥散分布在具有ＣａＣｕ↓［５］型晶体结构的基体中，以在整个组织中所占比率计，上述具有Ｃｅ↓［２］Ｎｉ↓［７］型晶体结构的相的比率为１－４０％，上述稀土元素氢化物的比率为０．５－２０％（面积）。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特别是在实际用作电池阴极时呈现高放电性(高输出性)的吸氢合金。通常，例如在用作电池阴极时，吸氢合金中吸收和解吸氢速率和电池的初激活特性通过稀土元素氢化物的作用改进，该稀土元素氢化物弥散分布在具有CaCu5型晶体结构的基体中，作为吸氢合金，在日本专利公开No.25528/1998中叙及的Ni基吸氢合金是已知的，其化学成分(重量％，下面“％”表示“重量％”)包括32-38％的主要包含La和/或Ce的稀土元素，0.1-17％的Co，0.5-3.5％的Al，0.5-10％的Mn，0.005-0.5％的氢，余量Ni和不可避免的杂质，其中，该合金显微组织特性在于以0.5-20％(面积)比的稀土元素氢化物弥散分布在具有CaCu5型晶体结构的基体中。另外，上述吸氢合金一般通过制备具有给定成分的溶融合金并将其铸成锭来制造。例如，当将其实际用作电池阴极时，按需要，将上述铸锭在真空或非氧化性惰性气体气氛中在900-1050℃之间的给定温度下进行给定时间的回火退火。并且，将上述铸锭或回火-退火的铸锭在氢气氛中在600-950℃之间的给定温度下进行给定时间的氢化热处理，以使形成稀土元素氢化物并使具有特征在于稀土元素弥散分布在具有CaCu5型晶体结构的基体中的显微组织。接着，将上述氢化铸锭机械粉碎成预定的颗粒尺寸或通过在加压的氢气氛下的氢化工艺来粉碎，该氢化工艺包括在10-200℃之间的给定加热温度下吸氢和通过抽真空解吸氢。另外，当该吸氢合金例如用于电池阴极时，该电池可在加压氢气氛中进行给定时间的初激活处理直到包含该吸氢合金的阴极在最初使用阶段具有足够放电容量后实际使用。另一方面，近来已做了许多试验将吸氢合金应用到在电动工具、电动自行车和电动汽车的使用中需要大输出的电池阴极中。但是，现在上述吸氢合金和其它合金不能作为电池阴极实际使用，由于上述电池不能获得足够的输出(高放电性)。按上述观点，本专利技术研究发展了一种吸氢合金，用它可制造实际用于电池阴极的上述高输出电池，特别是针对上述具有高吸收氢和解吸氢速率和初激活性的吸氢合金。结果，获得下述结论当将上述普通的吸氢合金铸锭或回火-退火锭进行氢化热处理，以使形成稀土元素氢化物时，如果在真空或惰性气体气氛中从室温加热到200-400℃之间的给定温度，接着在氢气氛中在400-1000℃之间的给定温度进行给定时间的氢化热处理并冷却，则在显微组织中形成稀土元素氢化物，在其中具有Ce2Ni7型晶体结构的相弥散分散在具有CaCu5型晶体结构的基体中。结果，在上述这些热处理后，该合金具有的显微组织的特征在于具有Ce2Ni7型晶体结构的相和稀土元素氢化物弥散分布在具有CaCu5型晶体结构的基体中。另外，当上述合金具有显微组织其中以在整个组织中所占比率计，具有Ce2Ni7型晶体结构的相的比率为1-40％，稀土元素氢化物的比率为0.5-20％(面积)时，这通过控制上述加热和氢化热处理的条件来达到，将该合金用作电池阴极时，由于Ce2Ni7型晶体结构的存在，该电池输出变得很高。并且，通过上述稀土元素氢化物可获得高的吸收氢和解吸氢速率并显著促进初激活性。根据上述结果完成了本专利技术，本专利技术特征在于Ni基吸氢合金，其化学成分包括32-38％的主要包含La和/或Ce的稀土元素，0.1-17％的Co，0.1-3.5％的Al，0.5-10％的Mn，0.005-0.1％的氢，余量为Ni和不可避免的杂质。其中，该合金显微组织特征在于具有Ce2Ni7型晶体结构的相和稀土元素氢化物弥散分布在具有CaCu5型晶体结构的基体中，以在整个组织中所占比率计，上述具有Ce2Ni7型晶体结构的相的比率为1-40％(面积)，上述稀土元素氢化物的比率为0.5-20％(面积)。当上述合金实际用于电池阴极时，可呈现高的电池放电性(高的输出性)。现叙述按照本专利技术的Ni基吸氢合金成分的选择和Ce2Ni7型晶体结构相与稀土元素氢化物的比率的理由。(a)主要包含Ca和Ce的稀土元素这些稀土元素与Ni形成呈现吸氢作用的CaCu5型晶体结构的基体，并形成促使提高吸氢和放氢速率和改进初激活的稀土元素氢化物，并形成赋予电池高放电性的Ce2Ni7晶体结构的相。由于当其含量小于32％或大于38％时，放电容量降低，所以其含量定为32-38％，更好为33-35％。(b)CoCo成分溶入基体，并具有在吸收/解吸氢期间减小体积膨胀/收缩的作用，防止合金粉化并延长使用寿命。当Co含量小于0.1％时，这些所述作用不能达到。反之，当该含量大于17％时，放电容量和初激活作用趋于下降。所以，该含量较好定为0.1-17％，更好为6-12％。(c)AlAl成分溶于基体并改进合金的耐蚀性。当其含量小于0.1％时，所需的耐蚀作用不能达到。另一方面，当其含量大于3.5％时，放电容量下降。所以，其含量定为0.1-3.5％，更好1-2％。(d)MnMn成分溶于基体并降低分离氢的平衡压，并使放电容量增加。当其含量小于0.5％时，所需的放电容量的增加不能达到。反之，其含量大于10％趋于降低放电容量，这样，该含量定为0.5-10％，更好3-8％。(e)氢和稀土元素氢化物氢主要在高温通过热氢化与稀土元素结合，以使形成稀土元素氢化物，该氢化物促进吸收氢与解吸氢速率和改进初激活。当其含量小于0.005％时，上述稀土元素氢化物的比率小于0.5％(面积)，这样要求的作用不能达到。反之，当其含量超过0.1％形成比率大于20％(面积)的稀土元素氢化物，结果，放电容量急剧下降，因为CaCu5型晶体结构相的比率相对降低太多。所以，其含量定为0.005-0.1％，更好为0.01-0.05％，以使所得稀土元素氢化物精细分布在基体中的比率为0.5-20％(面积)，更好为0.7-10％(面积)。(f)Ce2Ni7型晶体结构的相由于该相的存在，在电池阴极的使用中更高的输出成为可能。当该相的比率小于1％(面积)时，要求的高输出不能达到。反之，一个超过40％(面积)的比率相对减少CaCu5型晶体结构相并降低放电容量。所以，该含量定为1-40％(面积)，更好为5-20％(面积)。实施例现在参考所举实施例更详细地说明本专利技术吸氢合金。将Ni、La、Ce、Co、Al和Mn，以及混合稀土金属，作为原料，每种纯度最好不小于99.9％，在真空(如在普通高频感应炉中)熔炼，以制备具有给定成分的Ni基熔融合金并浇入冷却(如水冷)的铸模(如铜铸模)中，以形成铸锭。将该锭在真空中在850-1050℃范围之间的预定温度回火-退火10小时。接着，当对上述锭进行氢化退火时，在10-3乇的真空条件下从室温加热到在120-400℃范围之间的预定温度，以使形成具有特征在于具有Ce2Ni7型晶体结构的相弥散分布在具有CaCu5型晶体结构的基体中的显微组织的合金。接着，将上述真空条件变成在1.1-10巴范围之间的预定的加压氢气氛条件后，在该条件下将上述合金连续加热到400-1000℃范围之间的预定温度。并在该温度保持1小时，并冷却到300℃温度或更低，以使完成氢化热处理。该氢化热处理后，上述合金显微组织的特征在于具有Ce2Ni7型晶体结构的相和稀土元素氢化物弥散分布在具有CaCu5型晶体结构的基体中。此外，上述合金氢化粉碎成具有颗粒尺寸0.074本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｎｉ基吸氢合金，其化学成分（重量％）包括： ３２－３８％的主要Ｌａ和／或Ｃｅ的稀土元素， ０．１－１７％的Ｃｏ， ０．１－３．５％的Ａｌ， ０．５－１０％的Ｍｎ， ０．００５－０．１％的氢， 余量Ｎｉ和不可避免的杂质， 其中，该合金具有特征如下的显微组织：具有Ｃｅ↓［２］Ｎｉ↓［７］型晶体结构的相和稀土元素氢化物弥散分布在具有ＣａＣｕ↓［５］型晶体结构的基体中，以在整个组织中所占比率计，上述具有Ｃｅ↓［２］Ｎｉ↓［７］型晶体结构的相的比率为１－４０％，上述稀土元素氢化物的比率为０．５－２０％（面积）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：喜多晃一，菅原克生，和田正弘，村井琢弥，矶部毅，
申请(专利权)人：三菱麻铁里亚尔株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]