专利名称：经改性的钛锰系储氢合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类新型储氢合金的成份设计。更确切地说，本发明通过在TiMn2合金中添加V、Fe、Cr三种改性元素，提高合金的储氢量，从而使这类材料可以作为大规模氢源的储氢材料。属于储氢合金领域。
在已开发的各种储氢合金中，钛锰系合金由于其易活化、成本低，逐渐成为作为氢源的储氢合金的热门侯选合金。TiMn2合金是钛锰系合金中的代表组成，其储氢质量比约1.5wt％。然而，TiMn2合金作为一种有前途的储氢合金仍然有其缺点。例如其储氢量仍然较低(Waterstrat R M，Das B N，Beck PA.Trans.TMS-AIME，1962，224512)，而且常温下吸放氢困难(Gamo T，MoriwakiY，Yanagihara N et al.Int.J.Hydrogen Energy，1985，1039)，为了进一步提高该储氢合金的储氢量和常温吸放氢性能，前西德Benz公司(Bemauer O，Topler J，Noreus D et al.Int.Hydrogen Energy，1989，14187)利用Zr取代部分钛元素，提高了其储氢量，但是平台压力升高。美国Camegie-Mellon大学用Cu和Mo取代部分Mn元素用作负极材料(Pebler A，Gullbransen EA.Electrochem.Technol.，1966，4211)，但常温吸放氢性能较差。
V、Fe、Cr三种元素可以调节金属和氢的键合力，V、Cr同时又是良好的储氢材料。本发明通过用V、Fe、Cr三种元素或其中两种取代TiMn2合金种的部分Mn元素，改善金属和氢的键合力，明显提高了合金的储氢量。V作为重要的储氢元素，不仅可以储氢，而且是重要的合金催化剂，由于V的引入，使合金的活化性能也得到了改善，合金的初始活化压力明显降低。因此，本发明设计了一种新组分的储氢合金，提高了合金的储氢量，改善了活化条件。本发明提供的经改性的储氢合金的组分设计为TiFexVyCrzMn(2-x-y-z)。
其中x的范围为0≤x≤0.15，推荐范围为0.05-0.1；其中y的范围为0≤y≤0.30，推荐范围为0.10-0.25；其中z的范围为0≤z≤0.10，推荐范围为0.05-0.08；本发明中提出的改性钛锰系合金可以用通常的合金方法制备，具体是先按比例称量各组分相应质量的金属(金属纯度为Ti≥99％，Mn≥99％，V≥98％，Fe≥99％，Cr≥99％)，在Ar气气氛下完全熔炼三～四次，即可得到相应组分的合金。该合金未活化时在空气中具有良好的稳定性，可以在空气气氛下进行粉碎，过筛等机械加工而不易发生氧化。
相应合金在空气中经机械粉碎(80目过筛)后取杨，进行压力-组份-温度(PCT)测试；在吸放氢设备中对合金进行不同压力下的吸放氢的测试。测定温度和氢气压力对其储氢量的影响。
合金粉碎后，经200目过筛，用X射线衍射仪(XRD)对合金进行相组成测定，见
图1、图2。XRD测试结果证明由于新元素的引入，合金的相组成由γ-TiMn1-2转变为γ-TiMn1-2和六方TiMn5相共存，新元素的引入使合金中出现了新的合金相。
本发明提供的TiFexVyCrzMn(2-x-y-z)，的组成中通常至少包含V、Fe、Cr三种元素中的两种元素。即X＝0，则Y、Z≠0；Y＝0，则X、Z≠0；Z＝0，则X、Y≠0，同时取代TiMn2合金中的Mn元素，或Fe、Cr、V三种元素，同时取代TiMn2合金中Mn元素。
该合金的储氢量超过TiMn2合金，可以达到2％以上，有望作为大规模氢源的储氢材料，应用在燃料电池等其他方面。本发明所提供的TiFexVyCrzMn(2-x-y-z)合金吸氢量随温度和压力的变化分别示与图4和表1。
图2是TiFe0.1V0.2Mn1.7合金的X射线衍射图。
图3是合金TiMn2和TiFe0.1V0.2Mn1.7在273K下的吸氢量曲线比较，横坐标为氢和金属的原子比，纵坐标为吸氢压力，单位为大气压(atm)。
图4是TiFe0.1V0.2Mn1.7合金的PCT曲线；横坐标为氢和金属的原子比(H/M)，纵坐标为吸氢压力，单位为大气压(atm)。
图5是TiFe0.1Cr0.05Mn1.85合金的PCT曲线；横坐标为氢和金属的原子比(H/M)，纵坐标为吸氢压力，单位为大气压(atm)。
表1不同压力下TiFe0.1V0.2Mn1.7的吸氢量
压力对合金吸放氢的影响测定不同吸氢压力下合金放氢量，由表一可得，随吸氢压力的升高，合金放氢量增加，说明TiFe0.1V0.2Mn的吸氢量随压力的升高而增加。
温度对TiFe0.1V0.2Mn1.7的吸放氢的影响，测定合金的PCT曲线，其PCT曲线见图4。由PCT曲线可得，合金吸放氢的量随温度的升高而降低，而且吸放氢曲线也随温度的升高而愈来愈接近，说明在使用时，适当升高使用温度，可以达到更高的利用率。
实施例2设计组分为TiFe0.1Cr0.05Mn1.85的合金，在Ar气气氛保护下熔炼四次，得到组成均匀的相应组分的合金，粉碎，80目过筛，进行PCT测试。测试结果见图5。其余同实施例1。
实施例3设计组分为TiFe0.09V0.16Cr0.07Mn1.68的合金，熔炼均匀并粉碎后经PCT测试，证明其吸氢最高原子比(H/M)可达到3.0，质量比约2.0％。其余同实施例1。
权利要求
1.经改性的钛锰系储氢合金，其特征在于合金的组成为TiFexVyCrzMn(2-x-y-z)，其中0≤x≤0.15；0≤y≤0.30；0≤z≤0.10；
2.根据权利要求1所述的经改性的钛锰系储氢合金，其特征在于x范围为0.05——0.1；y范围为0.10——0.25；z范围为0.05——0.08；
3.根据权利要求1或2所述的经改性的钛锰系储氢合金，其特征在于改性的V、Fe、Cr三种元素或其中任意两种元素取代部分锰元素。
4.根据权利要求1或2所述的经改性的钛锰系储氢合金，其特征在于所述的合金的相为γ-TiMn1-2和六方TiMn5相共存。
5.根据权利要求1或2所述的经改性的钛锰系储氢合金，其特征在于组成合金的元素纯度除V≥98％之外，其余各元素纯度均≥99％。
全文摘要
本发明涉及一类经改性的钛锰系储氢合金,属于储氢合金领域,其特征在于在TiMn
文档编号C22C22/00GK1385546SQ0211121
公开日2002年12月18日 申请日期2002年3月29日 优先权日2002年3月29日
发明者黄太仲, 吴铸, 黄铁生, 倪君, 余学斌, 喻献国 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所