以多孔ＦｅＡｌＣｒ为基体的钯复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以多孔ＦｅＡｌＣｒ为基体的钯复合膜及其制备方法，该钯复合膜由多孔ＦｅＡｌＣｒ基体管、原位氧化层、陶瓷过渡层和钯合金膜组成，其制备工艺包括以下步骤：一、制备多孔ＦｅＡｌＣｒ基体管；二、通过原位氧化在多孔ＦｅＡｌＣｒ基体管表面形成一层致密的原位氧化层；三、涂镀陶瓷过渡层；四、在具有陶瓷过渡层的多孔ＦｅＡｌＣｒ基体管表面镀覆钯合金并通过热处理形成钯合金膜得到钯复合膜。本发明专利技术的制备工艺简便且设计合理。采用本发明专利技术制备的以多孔ＦｅＡｌＣｒ为基体的钯复合膜透氢速率高、耐氢腐蚀性能好、使用寿命长，可有效地应用于氢气的提纯与分离，特别适用于氢同位素的净化与分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氢及其同位素的提纯与分离
，具体涉及一种以多孔FeAICr 为基体的钯复合膜及其制备方法。
技术介绍
氢及其同位素的提纯与分离的关键元件是钯及其合金膜分离材料。目前国内外使 用的膜分离材料是致密钯合金薄壁管。该薄壁管在使用过程中存在透氢速率低、成本高等 问题，已经难以满足应用要求。钯合金薄膜附着在多孔材料表面形成的钯复合膜在保证氢 选择透过性的同时，可以大幅提高氢渗透速率、减少金属钯的用量，降低材料成本，能有效 地提高生产效率和安全性，是目前氢及氢同位素气体分离与纯化中普遍使用的致密钯合金 薄壁管的替代产品。作为钯复合膜多孔基体的材质主要有多孔陶瓷和多孔金属两类，国内在多孔陶瓷 材料方面的研究比较活跃，虽然多孔陶瓷具有良好的耐高温、耐腐蚀性能，但多孔陶瓷材料 存在耐冲击强度差、材质较脆、加工和连接密封困难等缺点。而多孔金属的热膨胀系数与钯 非常接近，且具有容易制造和加工、耐腐蚀、抗破裂、可焊性好、成本低等优点，因而多孔金 属成为钯合金基体的理想选择材料，目前国外研究较多的多孔金属基体为多孔不锈钢。但 是，高温下存在多孔不锈钢与钯复合膜之间的元素扩散，降低了钯复合膜的透氢速率，缩短 了钯复合膜的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种透氢速 率高、耐氢腐蚀性能好、使用寿命长的以多孔FeAICr为基体的钯复合膜。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种以多孔FeAICr为基体的钯 复合膜，其特征在于，由多孔FeAICr基体管，包裹在多孔FeAICr基体管外的原位氧化层，包 裹在原位氧化层外的陶瓷过渡层，和最外层的钯合金膜组成；所述多孔FeAICr基体管中A1 的质量百分数为5% 30%，Cr的质量百分数不大于5%，Fe为余量。上述多孔FeAICr基体管的孔径为5 ii m 30 ii m，相对透气度为10m7h *KPa 'm2 100m3/h KPa m2，壁厚不大于1mm，管长不小于600mm。上述原位氧化层为多孔FeAICr基体管在温度为400°C 1000°C的条件下热氧化 10h 100h形成的一层致密的原位氧化层。上述陶瓷过渡层为采用溶胶凝胶法、物理气相沉积方法或化学气相沉积方法在多 孔FeAICr基体管的原位氧化层表面涂镀金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物形成的厚 度不大于liim的过渡层。上述钯合金膜为采用电镀、化学镀、磁控溅射或离子镀在多孔FeAICr基体管的陶 瓷过渡层上镀覆钯合金形成的厚度不大于30 y m的合金膜。上述金属氧化物为Al203、Ti02、&02或Si02 ；金属氮化物为Ti、&或Si的氮化物；金属碳化物为Ti、&或Si的碳化物。上述钯合金为PdAg、PdCu、PdAgAuNi、PdAgAu 或 PdY。本专利技术还提供了一种工艺简便且设计合理的以多孔FeAlCr为基体的钯复合膜的 制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将Fe粉、Cr粉、A1粉和增塑剂混合均勻，然后采用粉末冶金工艺依次通过成 形、脱脂、烧结制备成多孔FeAlCr基体管，所述增塑剂的加入量为Fe粉、Cr粉和A1粉总质 量的5% 15% ；或将FeAlCr合金粉末与增塑剂混合均勻，然后采用粉末冶金法依次通过 成形、脱脂、烧结制备成多孔FeAlCr基体管，所述增塑剂的加入量为FeAlCr合金粉末质量 的5% 15%;所述增塑剂为石蜡或甲基纤维素；所述多孔FeAlCr基体管中A1的质量百分 数为5% 20%，Cr的质量百分数不大于5%，Fe为余量；(2)将步骤(1)中所述多孔FeAlCr基体管在温度为400°C 1000°C的条件下热氧 化10h 100h，形成一层致密的原位氧化层；(3)采用溶胶凝胶法、物理气相沉积方法或化学气相沉积方法在步骤(2)中形成 原位氧化层的多孔FeAlCr基体管表面涂镀金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物，然后将 涂镀后的多孔FeAlCr基体管置于马弗炉中，在温度为300°C 800°C的条件下热处理lh 2h,随炉冷却后在多孔FeAlCr基体管表面形成厚度不大于1 y m的陶瓷过渡层；所述金属氧 化物为A1203、Ti02、Zr02或Si02 ；所述金属氮化物为Ti、&或Si的氮化物；所述金属碳化 物为Ti、&或Si的碳化物；(4)采用电镀、化学镀、磁控溅射或离子镀在步骤(3)中形成陶瓷过渡层后的多孔 FeAlCr基体管表面镀覆钯合金，然后在氩气氛下，在温度为300°C 800°C的条件下热处理 5h 15h，形成厚度不大于30 y m钯合金膜，随炉冷却得到以多孔FeAlCr为基体的钯复合 膜；所述钯合金为 PdAg、PdCu、PdAgAuNi、PdAgAu 或 PdY。本专利技术与现有技术相比具有以下优点本专利技术的钯复合膜采用铝含量较高的多孔 FeAlCr为基体，经原位氧化形成的氧化膜致密、完整，能够抵御高温下基体与膜之间的元 素扩散；陶瓷过渡层既能有效地阻挡透氢过程中金属多孔基体管与钯合金膜之间的元素扩 散，又能减小多孔基体表面孔径，优化多孔基体表面，为后续镀出薄而致密的钯复合膜奠定 了良好的基础；多孔FeAlCr基体表面的双重氧化物保护膜提高了钯复合膜的耐氢腐蚀性 能，延长了钯复合膜的服役寿命；尤其是FeAlCr具有良好的防氚泄露、耐氚腐蚀性能。本发 明的制备工艺简便且设计合理。采用本专利技术的制备方法制备的以多孔FeAlCr为基体的钯 复合膜透氢速率高(大于1. 2mL/cm-2. s—1)、耐氢腐蚀性能好、使用寿命长，可有效地应用于 氢气的提纯与分离，特别适用于氢同位素的净化与分离。下面结合实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。具体实施例方式实施例1(1)将Fe粉、Cr粉、A1粉和增塑剂混合均勻，然后采用粉末冶金工艺依次通过成 形、脱脂、烧结制备成孔径为5 iim，相对透气度为10m7h*KPa*m2，壁厚为1mm，管长为600mm 的多孔FeAlCr基体管；所述增塑剂为石蜡，增塑剂的加入量为Fe粉、Cr粉和A1粉总质量 的15%;所述多孔FeAlCr基体管中A1的质量百分数为5%，Cr的质量百分数为5%，Fe为余量；(2)将多孔FeAlCr基体管在温度为400°C的条件下热氧化100h形成一层致密的 原位氧化层；所述原位氧化层为均勻包裹在多孔FeAlCr基体管表面的A1203膜；(3)采用溶胶凝胶法在形成原位氧化层后的多孔FeAlCr基体管表面涂镀A1203，然 后将涂镀后的多孔FeAlCr基体管置于马弗炉中，在温度为300°C的条件下热处理lh，随炉 冷却后在多孔FeAlCr基体管表面形成厚度为1 P m的陶瓷过渡层；(4)采用化学镀在形成陶瓷过渡层后的多孔FeAlCr基体管表面镀覆PdAg合金，然 后在氩气氛下，在温度为300°C的条件下热处理15h形成厚度为30 y m的钯合金膜，随炉冷 却得到以多孔FeAlCr为基体的钯复合膜。本实施例制备的以多孔FeAlCr为基体的钯复合膜的透氢速率大于1. 2mL/cm_2. s—1，耐氢腐蚀性能好，使用寿命长，可有效地应用于氢气的提纯与分离，特别适用于氢同位 素的净化与分离。实施例2本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以多孔ＦｅＡｌＣｒ为基体的钯复合膜，其特征在于，由多孔ＦｅＡｌＣｒ基体管，包裹在多孔ＦｅＡｌＣｒ基体管外的原位氧化层，包裹在原位氧化层外的陶瓷过渡层，和最外层的钯合金膜组成；所述多孔ＦｅＡｌＣｒ基体管中Ａｌ的质量百分数为５％～３０％，Ｃｒ的质量百分数不大于５％，Ｆｅ为余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康新婷，汤慧萍，王培，汪强兵，池煜頔，李广忠，李亚宁，葛渊，谈萍，杨保军，王建永，朱纪磊，陈金妹，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]