抗氢脆性的V基氢分离合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种抗氢脆性的V基氢分离合金，该抗氢脆性的V基氢分离合金的化学通式为V

【技术实现步骤摘要】
抗氢脆性的V基氢分离合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及氢分离合金
，具体而言涉及一种抗氢脆性的V基氢分离合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]膜分离法属于分离和提纯氢的一种方法。其中，致密金属膜由于具有较高的机械强度、韧性、优异热稳定性能、高的氢选择性及耐腐蚀等优势成为氢分离膜技术的首选材料。Pd
‑
Ag合金膜因其高氢选择性(纯度大于7N(>99.99999％)，远高于燃料电池和半导体对氢纯度的要求)，和优良的催化性能而得到商业化应用。然而，由于Pd价格昂贵，从而阻碍了其广泛应用。Nb、V、Ta自然资源丰富，价格低廉，且具有比Pd及其合金更高的氢渗透率，被认为是Pd基氢分离合金膜潜在替代品。
[0003]相比于Pd金属，虽然Nb、V、Ta的价格低廉，但Nb、V、Ta金属膜在氢渗透过程中会破裂，其抗氢脆性能远差于Pd金属膜。为此，青木清等人研究了一种NixTiyNb(100
‑
x
‑
y)的氢分离合金膜，合金组织由初生Nb基固溶体相和层片状共晶相构成，以共晶相来达到提高Nb基合金膜的抗氢脆性能的目的。李新中等人研究了一种V
‑
Cu系偏晶型氢分离合金，其组织由V基固溶体和Cu基固溶体组成的双相组织，此类合金由于Cu和其它元素固溶于V基体，使得合金膜抗氢脆性能提高。
[0004]以上研究的合金虽然提高了合金膜的抗氢脆性能，却由于第二相共晶相和Cu固溶体相的大量引入使得合金膜的渗透率显著降低，甚至接近于Pd或商业化Pd基合金膜的渗透率。为此，在保证远高于Pd或商业化Pd基合金膜渗透率的前提下，制备出具有优良抗氢脆性能的Nb、V、Ta基合金膜才是学者们研究的重点。
[0005]现有技术文献：
[0006]专利文献1：CN1661124A氢分离
‑
精制用多相合金及其制造方法与氢分离
‑
精制用金属膜及其制造方法
[0007]专利文献2：CN106498254A一种V
‑
Cu系偏晶型氢分离合金及其加工方法

技术实现思路

[0008]本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种抗氢脆性的V基氢分离合金及其制备方法，采用该抗氢脆性的V基氢分离合金制备的合金膜，可在保证远高于Pd或商业化Pd基合金膜渗透率的前提下，具有优良抗氢脆性能，且成本低廉，可广泛应用。
[0009]本专利技术第一方面涉及一种抗氢脆性的V基氢分离合金，一种抗氢脆性的V基氢分离合金，该抗氢脆性的V基氢分离合金的化学通式为V
85
Ti
10
M5，其中，M元素为可与Ti反应生成金属间化合物的斥氢元素，或者为可与氧反应生成氧化物的吸氢元素；85、10、5均为摩尔百分数。
[0010]在可选的实施方式中，所述抗氢脆性的V基氢分离合金具有双相结构，包括V基固溶体相和第二相。
[0011]在可选的实施方式中，当M元素为可与Ti反应生成金属间化合物的斥氢元素时，所述第二相为M元素与Ti元素反应生成的金属间化合物。
[0012]在可选的实施方式中，当M元素为可与氧反应生成氧化物的吸氢元素时，所述第二相为弥散分布于V基固溶体相中的富集M元素的颗粒，且富集M元素的颗粒外表面包裹有M元素与氧反应生成的氧化物。
[0013]在可选的实施方式中，所述可与氧反应生成氧化物的吸氢元素包括Y、La、Nd、Ce中的1种或1种以上。
[0014]在可选的实施方式中，所述可与Ti反应生成金属间化合物的斥氢元素包括Cu、Fe、Co、Sn中的1种或1种以上。
[0015]本专利技术第二方面涉及一种前述抗氢脆性的V基氢分离合金的制备方法，包括以下步骤：
[0016]根据设计的抗氢脆性的V基氢分离合金，计算对应所需各纯金属原料的质量，并进行精准称量；其中，抗氢脆性的V基氢分离合金的化学通式为V
85
Ti
10
M5，M元素为可与Ti反应生成金属间化合物的斥氢元素，或者为可与氧反应生成氧化物的吸氢元素；
[0017]将称量的各纯金属在氩气氛围下进行电弧熔炼，得到抗氢脆性的V基氢分离合金铸锭。
[0018]在可选的实施方式中，所述电弧熔炼的过程如下：
[0019]将称量好的各纯金属原料倒入内壁干净的铜坩埚中，对电弧熔炼炉抽真空，真空度为3～4
×
10
‑4Pa，同时冲入氩气，在氩气氛围下熔炼合金，每个合金铸锭至少熔炼8次，且每次熔炼都需要翻转合金铸锭。
[0020]在可选的实施方式中，制备方法还包括：采用线切割技术从抗氢脆性的V基氢分离合金铸锭上取下多个厚度为1mm，直径为16mm的圆形试样，利用砂纸打磨圆形试样的表面，去除油渍和切割痕迹后，其中一些试样在氩气氛围下球磨，制备V基合金粉末，用于氢溶解度测试，另一些试样继续抛光至表面干净物划痕后采用磁控溅射在打磨后的试样表面镀Pd，用于氢渗透性和抗氢脆性能测试。
[0021]在可选的实施方式中，试样表面镀Pd的厚度为200～300nm。
[0022]由以上本专利技术的技术方案可见，本专利技术的抗氢脆性的V基氢分离合金，通过设计的特殊的合金成分，得到具有V基固溶体相和第二相的双相组织V基合金。
[0023]Ti与斥氢元素M反应形成金属间化合物，并以大量颗粒状和少量沿晶界连续的第二相形式存在，此时，Ti的消耗和微量斥氢元素M在V中的固溶降低了V基合金膜中氢浓度，提高了V基合金膜的抗氢脆性能，且弥散分布在V基固溶体相中的金属间化合物颗粒避免了连续金属间化合物的生成，从而避免了V基合金膜渗透率显著降低。
[0024]吸氢M元素不与V反应，富集的吸氢元素M形成颗粒并弥散分布在V基固溶体相中，且吸氢元素M的吸氧能力很强，吸氢元素M能与原材料及真空熔炼炉内极少量的氧反应，导致V基合金中吸氢元素M的氧化物的生成，生成的氧化物包裹在颗粒外表面，吸氢元素M的消耗降低V基合金膜中的氢浓度，结合第二相强化基体的作用，提高了V基合金膜的抗氢脆性能，同时，弥散分布在V基固溶体相中的富集吸氢元素M颗粒，避免了大量连续第二相的生成，进而避免了V基合金膜渗透率显著降低。
[0025]因此，采用本专利技术制备的V基合金膜在远高于Pd或商业化Pd基合金膜的渗透率的
前提下，具有优良的抗氢脆性能。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例1的V
85
Ti
10
Y5合金的扫描电镜(SEM)图。
[0027]图2是本专利技术实施例2的V
85
Ti
10
Cu5合金的扫描电镜(SEM)图。
[0028]图3是本专利技术实施例1的V
85
Ti
10
Y5合金的稳态氢通量图。
[0029]图4是本专利技术实施例1的V
85
Ti
10
Y5合金压力
‑
浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗氢脆性的V基氢分离合金，其特征在于，该抗氢脆性的V基氢分离合金的化学通式为V
85
Ti
10
M5，其中，M元素为可与Ti反应生成金属间化合物的斥氢元素，或者为可与氧反应生成氧化物的吸氢元素；85、10、5均为摩尔百分数。2.根据权利要求1所述的抗氢脆性的V基氢分离合金，其特征在于，所述抗氢脆性的V基氢分离合金具有双相结构，包括V基固溶体相和第二相。3.所述初生相为根据权利要求2所述的抗氢脆性的V基氢分离合金，其特征在于，当M元素为可与Ti反应生成金属间化合物的斥氢元素时，所述第二相为M元素与Ti元素反应生成的金属间化合物。4.根据权利要求2所述的抗氢脆性的V基氢分离合金，其特征在于，当M元素为可与氧反应生成氧化物的吸氢元素时，所述第二相为弥散分布于V基固溶体相中的富集M元素的颗粒，且富集M元素的颗粒外表面包裹有M元素与氧反应生成的氧化物。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的抗氢脆性的V基氢分离合金，其特征在于，所述可与氧反应生成氧化物的吸氢元素包括Y、La、Nd、Ce中的1种或1种以上。6.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的抗氢脆性的V基氢分离合金，其特征在于，所述可与Ti反应生成金属间化合物的斥氢元素包括Cu、Fe、Co、Sn中的1种或1种以上。7.一种权利要求1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋广生，杨波，孟野，陈小亮，唐柏林，陈修，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：