稀土--镍基贮氢合金粉的表面处理方法技术

本发明专利技术属于金属材料的化学表面处理领域。主要涉及贮氢合金粉的表面活化处理。本发明专利技术所述的方法采用酸碱复合表面处理，先将贮氢合金粉进行酸性处理，然后再进行碱性处理。酸性处理在盐酸溶液或硫酸溶液中进行；碱性处理在２Ｍ－６Ｍ的ＫＯＨ水溶液或２Ｍ－６Ｍ的ＮａＯＨ水溶液中进行。经本发明专利技术处理后，贮氢合金粉的表面活性显著提高。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料的表面化学处理领域，主要涉及贮氢合金粉的表面处理方法。由贮氢合金制成的贮氢电池由于其高比能量密度，高充放电速率，耐过充、放电，无记忆效应和低污染等特点，引起人们的关注，并已工业化生产和应用。作为这类电池负极主要成分的贮氢合金粉的性能直接影响电池的性能。电池的电能是通过贮氢合金粉和正极分别与电解液发生电化学反应而释放出来的。由于电化学反应发生在合金表面上，因此，负极的性能除与合金粉的成份和结构有关外，还与合金粉的表面状态有关。通常，贮氢合金需要一个激活过程，以便获得稳定的氢化特性。该激活过程有时需要真空加热，并在相对高的氢压条件下反复充放氢进行；在电池中则需要进行反复的开口化成。激活过程是一种表面反应，它受表面状况的影响。贮氢合金粉在加工过程或长期暴露在空气中，其表面形成稳定的氧化物及氢氧化物，使激活过程更加困难。为了使其激活或表面活化容易，国际上发展了各种表面处理方法。现有的贮氢合金粉的表面处理方法较典型的有化学微包镀镍或镀铜法，(《J.less-Common Metals》172-194(1991)1194-1204)和酸化处理法(《J.less-Common metals》172-174(1991)873-879)。化学镀镍法确实可以改善合金粉的表面活性，且切实可行。但该方法工艺较复杂，并且由于该反应是放热反应，在处理过程中溶液温度不断升高，造成溶液不稳定，使过程也不稳定；同时，设备成本较高。酸化处理是用盐酸水溶液对Mg2Ni型贮氢合金粉进行化学处理，能有效地除去表层的氧化镁，并有选择性地溶解镁，使之形成新的富镍表面层，使合金容易激活和氢化。但有造成贮氢容量下降的趋势。本专利技术的目的在于提供一种表面活化效果好，且方法简单和成本低的稀土—镍基贮氢合金粉的表面处理方法。针对上述目的，本专利技术贮氢合金粉的表面处理采用酸碱复合处理方法。先将贮氢合金粉进行酸处理，然后再进行碱性处理。酸性处理在酸性溶液中进行，即将贮氢合金粉放入盛有酸性溶液的容器中进行处理，并用搅拌器搅拌，处理温度为15-50℃，处理时间20-60分钟。酸性溶液可采用盐酸溶液或硫酸溶液中任一种。盐酸溶液的化学组成(体积比)为盐酸(含HCl 37％)2.5-10毫升/升，缓冲剂1-70克/升，余为去离子水，溶液的PH值为2.5-6。硫酸溶液的化学组成(体积比)为硫酸(含H2SO498％)1-5毫升/升，缓冲剂1-70克/升，余为去离子水，溶液的pH值为2.5-6。上述缓冲剂可为柠檬酸、硫酸铵或硼酸中任一种。碱性处理在碱性溶液中进行。贮氢合金粉继酸性处理后，从容器中取出，用去离子水冲洗数遍，然后放入盛有碱性溶液的容器中进行碱性处理，并用搅拌器搅拌，处理温度为15-50℃，处理时间40-150分钟，处理后，从容器中取出，先用去离子水冲洗，再用自来水冲洗，直至pH值达到7时为止。至此整个酸碱复合处理完毕。碱性溶液可采用2M-6M的KOH水溶液或2M-6M的NaOH水溶液中任一种。2M-6M KOH水溶液的化学组成(体积比)为KOH溶质2-6克分子/升，余为去离子水；2M-6M NaOH水溶液的化学组成(体积比)为NaOH溶质2-6克分子/升。余为去离子水。与现有技术相比，本专利技术有如下优点①活化效果好，明显地改善了贮氢合金粉的表面活性，如附图1、2、3所示。②表面处理工艺简单，操作方便。③成本低。④适于批量生产。 附图说明附图1 为分别装有经本专利技术处理的合金粉和未经处理的合金粉的容器中氢气压力与时间关系图。图中，横座标为时间(分钟)，纵座标为容器中的氢气压力(Mpa)，曲线1、2、3是经本专利技术处理的，曲线4是未经处理的。附图2为放置在充有高压氢气的容器中的经本专利技术处理的合金粉和未经处理的合金粉在室温时的吸氢量与时间关系图。图中，横座标为时间(分钟)，纵座标为吸氢容量(毫升/克)。曲线1、2、3是经本专利技术处理的，曲线4是未经处理的。附图3为用本专利技术处理的合金粉和未经处理的合金粉制作的电池负极的初次充、放电时的电极电位与时间关系图。图中横座标为时间(分钟)，纵座标为电极电位(伏特)(相对于在6M KOH溶液中的Hg/HgO参比电极而言)，曲线1、2、3是经本专利技术处理的合金粉的充电曲线，曲线4是未经处理的合金粉的充电曲线，曲线5、6、7是经本专利技术处理的合金粉的放电曲线，曲线8是未经处理的合金粉的放电曲线。图中曲线1、2、3、4对应下横座标，曲线5、6、7、8对应上横座标。实施例采用本专利技术所述的酸碱复合处理方法，处理了3批贮氢合金粉。贮氢合金粉的化学成份(原子百分比)为MmNi3.5Co0.7Mn0.6A10.2其中，Mm是纯度为98％的富铈混合稀土。合金粉的粒度小于200目。首先，将合金粉进行酸性处理，之后，用去离子水冲洗数遍，再进行碱性处理。酸性处理所采用的酸性溶液及其成份配比如表1所示，碱性处理所用的碱性溶液及其配比如表2所示，酸性处理及碱性处理的工艺参数如表3所示。经酸性和碱性处理之后的三批贮氢合金粉，分别进行了室温吸氢试验和充、放电试验，试验结果如附图1、附图2和附图3所示。从附图1、2看出，经本专利技术处理后的贮氢合金粉放置在约33个大气压的氢气中，室温时经两个小时之后即开始吸收氢气，吸氢量达105.8毫升/克；同样材质的未经处理的贮氢合金粉，在同样条件下放置15天后也没有吸氢迹象。从附图3看出，经本专利技术处理后的贮氢合金粉在初次充、放电时电极极化较小，易于吸氢。表明经本专利技术处理后的贮氢合金粉，表面活化性能大大提高。表1 实施例所采用的酸性溶液及其配比(体积比) 注盐酸含HCl 37％(重量比)，硫酸含H2SO498％(重量比)。表2 实施例采用的碱性溶液成份及其配比(体积比) 表3 实施例酸性处理和碱性处理参数 权利要求1.一种贮氢合金粉的表面处理方法，其特征在于(1)采用酸碱复合处理方法，先将贮氢合金粉进行酸性处理，然后再进行碱性处理；(2)酸性处理在酸性溶液中进行，处理温度为15-50℃，处理时间20-60分钟；(3)酸性溶液可采用盐酸溶液或硫酸溶液中任一种；(4)盐酸溶液的化学组成(体积比)为盐酸(含HCl 37％)2.5-10毫升/升；缓冲剂1-70克/升，余为去离子水，溶液的PH值为2.5-6；(5)硫酸溶液的化学组成(体积比)为硫酸(含H2SO498％)1-5毫升/升；缓冲剂1-70克/升，余为去离子水，溶液的PH值为2.5-6；(6)缓冲剂可为柠檬酸、硫酸铵、硼酸中任一种；(7)碱性处理在碱性溶液中进行，处理温度15-50℃，处理时间40-150分钟。(8)碱性溶液可采用2M-6M的KOH水溶液或2M-6M的NaOH水溶液两者中的任一种；(9)2M-6M KOH水溶液的化学组成(体积比)为KOH溶质2-6克分子/升，余为去离子水；2M-6MNaOH水溶液的化学组成(体积比)为NaOH溶质2-6克分子/升，余为去离子水。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于贮氢合金粉经酸性处理后，用去离子冲洗数遍，然后再进行碱性处理。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于贮氢合金粉经碱性处理后，先用去离子水冲洗，然后再用自来水冲洗，直至PH值达到7为止。全文摘要本专利技术属于金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种贮氢合金粉的表面处理方法，其特征在于：（１）采用酸碱复合处理方法，先将贮氢合金粉进行酸性处理，然后再进行碱性处理；（２）酸性处理在酸性溶液中进行，处理温度为１５－５０℃，处理时间２０－６０分钟；（３）酸性溶液可采用盐酸溶液或 硫酸溶液中任一种；（４）盐酸溶液的化学组成（体积比）为：盐酸（含ＨＣｌ ３７％）２．５－１０毫升／升；缓冲剂１－７０克／升，余为去离子水，溶液的ＰＨ值为２．５－６；（５）硫酸溶液的化学组成（体积比）为：硫酸（含Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］ ９８％）１－５毫升／升；缓冲剂１－７０克／升，余为去离子水，溶液的ＰＨ值为２．５－６；（６）缓冲剂可为柠檬酸、硫酸铵、硼酸中任一种；（７）碱性处理在碱性溶液中进行，处理温度１５－５０℃，处理时间４０－１５０分钟。（８）碱性溶液 可采用２Ｍ－６Ｍ的ＫＯＨ水溶液或２Ｍ－６Ｍ的ＮａＯＨ水溶液两者中的任一种；（９）２Ｍ－６Ｍ ＫＯＨ水溶液的化学组成（体积比）为：ＫＯＨ溶质２－６克分子／升，余为去离子水；２Ｍ－６ＭＮａＯＨ水溶液的化学组成（体积比）为：ＮａＯＨ溶质２－６ 克分子／升，余为去离子水。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付静媛，吴建民，李蓉，李军，苏航，张文鹏，
申请(专利权)人：冶金工业部钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]