專利名稱：：一種Mg-Ni系儲(chǔ)氫合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬功能材料中的貯氫合金的制備，特別涉及一種放電等離子燒結(jié)技術(shù)。
背景技術(shù)：
：人類發(fā)展到現(xiàn)在，能源問題已經(jīng)是擺在我們面前的一個(gè)嚴(yán)重的危機(jī)?；剂献罱K必定會(huì)枯竭，并且在使用的過程中也會(huì)造成大量的環(huán)境污染問題，嚴(yán)重影響人類的生存。因此，對(duì)于新型的環(huán)保型的能源的開發(fā)己經(jīng)是迫在眉睫，各國對(duì)此也紛紛采取有效的措施來展開這項(xiàng)工作。在諸多新型能源中，氫能因是環(huán)保型能源而備受人們的青睞，氫是一種熱值很高的燃料。氫氧結(jié)合的燃燒產(chǎn)物是最干凈的物質(zhì)一水，沒有任何污染。未來最有前途的燃料電池也主要是以氫為能源。氫的來源非常豐富，若能從水中制取氫，則可謂取之不盡、用之不竭。然而利用氫能首先需要解決氫氣的存儲(chǔ)問題，儲(chǔ)氫合金則正是為解決這一問題而開發(fā)的。利用儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)存氫氣，實(shí)施起來簡(jiǎn)單，儲(chǔ)存量大，也避免了用高壓鋼瓶存儲(chǔ)帶來的爆炸的危險(xiǎn)，是最有前景的存儲(chǔ)方法。在儲(chǔ)氫合金中鎂基合金是目前最具發(fā)展前途的儲(chǔ)氫材料之一。它具有單位質(zhì)量?jī)?chǔ)氫容量高、價(jià)格低廉、資源豐富、環(huán)境友好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此引起各國科學(xué)家的高度重視。如以Mg-Ni系合金為代表的A2B型鎂基儲(chǔ)氫合金，它的儲(chǔ)氫量很高，其中Mg2Ni的的理論儲(chǔ)氫量可達(dá)3.6wt。/。，吸放氫的溫度也比純鎂大大降低，動(dòng)力學(xué)性能得到大大改善，但是吸放氫速度還是很慢，吸放氫溫度仍然較高。另外，由于Mg是一種非?；顫姷慕饘?，很容易被氧化、腐蝕，其氧化膜疏松，容易受到進(jìn)一步的氧化和腐蝕，在高溫熔煉時(shí)容易發(fā)生氧化、燃燒甚至爆炸，這導(dǎo)致了Mg基儲(chǔ)氫合金的制備上也存在一些難題。目前國內(nèi)外制備Mg基儲(chǔ)氫材料的方法主要有熔煉法，普通燒結(jié)法、氫化燃燒法以及機(jī)械合金化法。對(duì)于Mg-Ni基合金，由于Mg、Ni的熔點(diǎn)和揮發(fā)性相差較大，通過傳統(tǒng)熔煉法來制備Mg-Ni合金時(shí)，需要經(jīng)過多次不斷添加Mg進(jìn)行再熔煉，當(dāng)母合金制備出來了，快淬過程中母合金又需重熔，Mg會(huì)進(jìn)一步揮發(fā)，傳統(tǒng)的熔煉和傳統(tǒng)的快淬工藝過程造成Mg-Ni基儲(chǔ)氫材料的成份難以控制；相比較而言，機(jī)械合金化法能夠克服鎂金屬熔點(diǎn)低、蒸汽壓高的缺點(diǎn)，但機(jī)械合金化制備鎂基儲(chǔ)氫合金需要很長的球磨時(shí)間，少則3天，多則6-8天，制備效率較低，且易引入雜質(zhì)污染；氫化燃燒法是一種固態(tài)燃燒反應(yīng)，通常在氬氣或氫氣氣氛中固態(tài)燃燒合成Mg-Ni基合金，具有省能、設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但其主要缺點(diǎn)是重復(fù)性差；普通燒結(jié)法制備Mg-Ni基合金不易帶入雜質(zhì)，在合成溫度不高的情況下，鎂的飽和蒸汽壓較小，容易控制合金的成分配比及含量，但缺點(diǎn)是燒結(jié)時(shí)間長，難以大批量生產(chǎn)。中國200610113072.2號(hào)發(fā)明專利公開了一種放電等離子燒結(jié)法(SparkPlasmaSintering,簡(jiǎn)稱SPS)制備儲(chǔ)氫合金的方法，其主要制備的是La-Mg-Ni系合金，該合金體系中Mg占的比重較少，側(cè)重的是SPS對(duì)合金電化學(xué)性能影響，應(yīng)用于二次電池領(lǐng)域，中國200510033055.3號(hào)發(fā)明專利申請(qǐng)了用熔煉法和普通粉末燒結(jié)法制備REL2《Mg3Niy貯氫合金，其中熔煉法主要工藝參數(shù)為抽真空l(^Pa以上，調(diào)節(jié)功率范圍為535kw，溫度為6001200°C，燒結(jié)法主要工藝參數(shù)為50080(TC的燒結(jié)溫度，120小時(shí)的燒結(jié)時(shí)間；陳玉安，傅潔等采用機(jī)械合金化球磨24h內(nèi)制得性能較好的Mg-Al-Ni系儲(chǔ)氫材料，該材料30(TC下最大吸氫量為3.13%,20分鐘左右吸氫到97%。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)制備Mg-Ni系儲(chǔ)氫合金的方法，用于解決Mg含量高的儲(chǔ)氫合金的制備難題，并且通過不斷探索調(diào)整放電等離子燒結(jié)的具體工藝參數(shù)，使得制備出的Mg-Ni系儲(chǔ)氫合金具有良好性能。制備方法包括以下步驟將原料Mg粉Ni粉和NdNi合金粉(其中NdNi合金由真空感應(yīng)熔煉制備，然后機(jī)械研磨制粉過200目篩)，按儲(chǔ)氫合金Mg2.xNdxNi中各元素的配比配置，其中0.1《x《0.5;將配好的合金粉末用行星式球磨機(jī)混合均勻，然后將粉末裝入SPS專用模具(020mm)進(jìn)行壓型；壓型后再將裝有原始粉末的模具在真空氣氛下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)。燒結(jié)的工藝制度加熱速度為50-150°C/min，燒結(jié)溫度400-500°C，燒結(jié)壓力10-30MPa，保溫時(shí)間5-10min。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用了放電等離子燒結(jié)技術(shù)中獨(dú)有的特點(diǎn)，即采用ON-OFF直流脈沖電壓印加到粉體試料上，綜合利用了放電沖擊壓力和焦?fàn)柤訜崴鸬臒Y(jié)促進(jìn)作用和脈沖放電初期粉體間產(chǎn)生的火花放電現(xiàn)象所引起的燒結(jié)促進(jìn)作用，有效的利用了粉末內(nèi)部的自身發(fā)熱作用而進(jìn)行燒結(jié)，同時(shí)燒結(jié)過程中晶粒受脈沖電流加熱和垂直單向壓力的作用，晶粒表面易活化，體擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散都得到了加強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了低溫快速燒結(jié)。由于燒結(jié)溫度低，Mg的飽和蒸汽壓低，同時(shí)由于燒結(jié)是在金屬熔點(diǎn)以下進(jìn)行，因此很好的克服了Mg、Ni熔點(diǎn)和揮發(fā)性差別大難以制備合金的缺點(diǎn)，另外，該制備工藝簡(jiǎn)單省時(shí)，可控性、重復(fù)性好，成本低，制得的儲(chǔ)氫合金呈多相結(jié)構(gòu)，活化性能良好，吸放氫動(dòng)力學(xué)性能好，PCT平臺(tái)特性良好，放氫率高，吸放氫可逆性好。圖148(TC燒結(jié)溫度制備的Mg17Nda3Ni合金的XRD圖譜圖245(TC燒結(jié)溫度制備的MguNdc^Ni合金的XRD圖譜圖3430。C燒結(jié)溫度制備的Mgl.9NdaiNi合金的XRD圖譜具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:制備Mgl.7Nda3Ni合金將原料Mg粉Ni粉和NdNi合金粉按Mg17Nda3Ni配比稱取，然后將粉末裝入SPS專用模具(O20mm)進(jìn)行壓型，再將裝有原始粉末的模具在真空氣氛下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)。燒結(jié)工藝制度為加熱速度為100°C/min，燒結(jié)溫度為48(TC，加壓20MPa，保溫時(shí)間5min，然后爐冷，冷卻至室溫。制成合金的XRD檢測(cè)結(jié)果如圖1所示，證明該合金為多相結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2:制備Mgl.8Nda2Ni合金將原料Mg粉Ni粉和NdNi合金粉按MguNda2Ni配比稱取，然后將粉末裝入SPS專用模具(O20mm)進(jìn)行壓型，再將裝有原始粉末的模具在真空氣氛下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)。燒結(jié)工藝制度為加熱速度為100°C/min，燒結(jié)溫度為45(TC，加壓20MPa，保溫時(shí)間5min，然后爐冷，冷卻至室溫。制成合金的XRD檢測(cè)結(jié)果如圖2所示，證明該合金為多相結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3:制備MgL9Nd(nNi合金將原料Mg粉Ni粉和NdNi合金粉按MgwNd(nNi配比稱取，然后將粉末裝入SPS專用模具(0)20mm)進(jìn)行壓型，再將裝有原始粉末的模具在真空氣氛下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)。，燒結(jié)工藝制度為加熱速度為100°C/min，燒結(jié)溫度為430°C，加壓20MPa，保溫時(shí)間5min，然后爐冷，冷卻至室溫。制成合金的XRD檢測(cè)結(jié)果如圖3所示，證明該合金為多相結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種Mg-Ni系儲(chǔ)氫合金的制備方法，其特征在于，將原料Mg粉Ni粉和NdNi合金粉按儲(chǔ)氫合金Mg2-xNdxNi中各元素的配比配置，其中0.1≤x≤0.5；用行星式球磨機(jī)混合均勻，然后將粉末裝入放電等離子燒結(jié)專用模具進(jìn)行壓型；壓型后將模具在真空氣氛下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)，加熱速度為50-150℃/min，燒結(jié)溫度400-500℃，燒結(jié)壓力10-30MPa，保溫時(shí)間5-10min。全文摘要一種Mg-Ni系儲(chǔ)氫合金的制備方法，屬于金屬功能材料中的貯氫合金的制備。本發(fā)明采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，將Mg粉、Ni粉和NdNi合金粉按儲(chǔ)氫合金Mg_2-xNd_xNi配比配置，其中0.1≤x≤0.5；用行星式球磨機(jī)混合均勻，然后將粉末裝入SPS專用模具進(jìn)行壓型；再將裝有原始粉末的模具在真空氣氛下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)。燒結(jié)時(shí)，加熱速度為50-150℃，燒結(jié)溫度400-500℃，燒結(jié)壓力10-30MPa，保溫時(shí)間5-10min。本發(fā)明解決了Mg-Ni系儲(chǔ)氫合金制備困難的問題，并且制備工藝簡(jiǎn)單省時(shí)，可控性好、成本低，制得出的儲(chǔ)氫合金呈多相結(jié)構(gòu)，活化性能良好，吸放氫動(dòng)力學(xué)性能好，PCT平臺(tái)特性良好，放氫率高，吸放氫可逆性好。文檔編號(hào)C22C30/00GK101575679SQ20091008730公開日2009年11月11日申請(qǐng)日期2009年6月22日優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日發(fā)明者孫俊偉,尹海清,曲選輝,平李,騰王,謝東輝申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)