一种纳米级粉体Mg<sub>2</sub>Ni化合物的制备方法
【专利摘要】一种纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法,属于材料制备技术领域,采用剧烈塑性变形技术对镁镍合金进行加工,使其显微组织得到充分细化,其中的Mg2Ni相尺寸降低到纳米级,然后将基体部分的镁腐蚀掉,将腐蚀产物过滤干燥,从而得到颗粒尺寸均匀的纳米级粉体Mg2Ni。本发明工艺简单可靠,成本低,得到的纳米级粉体Mg2Ni具有和球墨方法相当的尺寸,由于在制备过程中经历过剧烈塑性变形,Mg2Ni的晶体中保留较大的位错密度和晶格畸变,这对其储氢性能具有较大的提高。
【专利说明】
一种纳米级粉体Mg2N i化合物的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属于材料制备技术领域,特别是涉及一种纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 氢能是一种清洁高效的能源,也是未来能源的重要发展方向,其中新型高性能储 氢材料是氢能技术取得突破的关键。Mg2Ni化合物是一种具有较高储氢能力和良好吸放氢 动力学的材料。Mg 2Ni粉体材料一般是通过快速熔化凝固法制备,即先将镁和镍熔炼成合金 化合物铸锭,再通过加热熔化离心分离的方法制备成粉体材料,随后再采用球磨和机械合 金化方法制备出的纳米级粉体储氢材料,其制备工艺复杂且周期长,球磨过程中需要气氛 保护,因此材料制备成本较高。
【发明内容】
[0003] 本发明目的是提出一种制备成本低的纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法。
[0004] 本发明包括以下步骤: 1) 将镍加入熔化后的镁中,经搅拌、精炼处理后浇铸成镁镍合金铸锭; 2) 将镁镍合金铸锭进行均匀化热处理; 3) 对热处理后的镁镍合金铸锭进行等通道转角挤压; 4) 将等通道转角挤压处理后的合金通过多道次拉拔成镁镍合金丝或者乳制加工成镁 镍合金箱; 5) 将镁镍合金丝或镁镍合金箱浸泡于酸性溶液中,将基体的镁腐蚀掉,然后将腐蚀去 除基体镁的产物以离心分离或者过滤的方法,分离取得固体颗粒物,经干燥得纳米级Mg2Ni 化合物。
[0005] 本发明采用剧烈塑性变形技术对镁镍合金进行加工,使其显微组织得到充分细 化,其中的Mg2Ni相尺寸降低到纳米级,然后将基体部分的镁腐蚀掉,将腐蚀产物过滤干燥, 从而得到颗粒尺寸均勾的纳米级粉体Mg2Ni。
[0006] 本发明工艺简单可靠,成本低,而得到的纳米级粉体Mg2Ni具有和球墨方法相当的 尺寸,由于在制备过程中经历过剧烈塑性变形,Mg 2Ni的晶体中保留较大的位错密度和晶格 畸变,这对其储氢性能具有较大的提高。
[0007] 进一步地,Mg2Ni化合物中镍含量重量百分百约为54.7%,如果直接按照这个比例 恪炼,合金中并不会直接形成单一的Mg2Ni化合物,而是形成Mg2Ni、MgNi2和Mg三种相,其中 MgNi2并没有储氢的作用,而且镍含量过高会造成合金脆性增大,塑性加工性能下降;镍含 量过低则合金中的Mg 2Ni相含量太少,无法制备出足够的Mg2Ni粉体。因此,优选地,本发明所 述合金铸锭中,镍占合金铸锭总质量的5.0~40.0%。
[0008] 所述均匀化热处理的温度条件为500°C。该温度条件下可较好地消除成分偏析。在 合金的铸造凝固过程中,在基体晶界上容易形成粗大的共晶组织,粗大的共晶在材料的塑 性变形过程中容易发生开裂,造成材料加工性能下降。均匀化处理可以使共晶中的溶质原 子通过扩散发生迀移,是共晶尺寸降低。
[0009] 所述等通道转角挤压处理时变形温度条件为200°C~250°C,采用多道次加工。多 道次的等通道转角挤压处理加工,在较低的温度下加工显微组织的细化效果较好。通过多 道次等通道转角挤压细化显微组织,控制合金相的尺寸。Mg 2Ni相的平均粒径最低可以降低 到约100纳米,而后续的拉拔或者乳制工艺可以进一步降低Mg2Ni相的尺寸,而最终得到的 Mg2Ni粉体的尺寸就保持在这一大小。
[0010] 所述镁镍合金丝的直径在0.5mm以下。镁镍合金丝直径越小,材料的总变形量越 大,合金中Mg2Ni的尺寸相对也越小,分布约均勾。并且镁镍合金丝直径越小材料的比表面 积越大,在腐蚀过程中更容易将基体腐蚀掉,得到Mg 2Ni化合物粉末。
[0011]同理,所述镁镍合金箱的厚度在〇.5mm以下。
[0012] 所述酸性溶液为稀硝酸、稀盐酸或稀乙酸的水溶液。在腐蚀的时候,镁镍合金丝或 者箱中的镁基体被腐蚀的同时容易中的氢离子也被还原,溶液PH值上升,采用稀酸溶液反 应速度比较平缓,可以达到只腐蚀镁基体保留下Mg 2Ni化合物的效果。
[0013] 所述酸性溶液为浓氯化铵,或浓硝酸铵的水溶液。氯化铵和硝酸铵都是强酸弱碱 盐,其水溶液中铵离子水解,溶液呈酸性,但是即使是浓溶液其酸性也较弱,对镁镍合金中 的镁基体腐蚀速度较快,而对Mg 2Ni化合物的腐蚀效果较弱,这样容易将Mg2Ni化合物提取出 来。
【附图说明】
[0014] 图1为铸态的Mg-10Ni合金扫描电子显微图(放大2000倍)。
[00?5]图2为拉拔成直径0.3毫米的丝材的Mg-10Ni合金的低倍扫描电子显微图(放大 2000倍)图。
[0016]图3为拉拔成直径0.3毫米的丝材的Mg-10Ni合金的高倍扫描电子显微图(放大 10000倍)图。
【具体实施方式】
[0017] -、制备步骤如下: 1、将镁熔化后逐渐加入镍,经过搅拌、精炼处理等浇铸成合金铸锭。
[0018] 本技术针对的镁镍合金的化学成分质量百分比为:镍5.0-40.0%,其余为镁和不可 避免的杂质。
[0019] 下表为各实例的原料配比表(单位为:kg)
2、将各合金铸锭分别进行500°C以下的均匀化处理,消除成分偏析。
[0020] 3、将各合金铸锭进行等通道转角挤压(equal-channel angular pressing, ECAP),可以重复进行多道次加工,每道次的变形温度在200°C至250 °C之间,在较低的温度 下加工显微组织的细化效果较好。
[0021] 4、将等通道转角挤压处理后的镁镍合金通过多道次拉拔成镁镍合金丝或者乳制 加工成镁镍合金箱,丝材直径和箱的厚度在〇. 5_以下。
[0022] 5、将镁镍合金丝或者箱浸泡在酸性溶液中,将基体的镁腐蚀掉,然后将腐蚀的产 物离心分离或者过滤的方法将固体颗粒物分离出来,干燥可得纳米级的Mg 2Ni粉末。
[0023]以上酸性溶液可以是稀硝酸、稀盐酸、乙酸等酸的水溶液,也可以是浓的氯化铵、 硝酸铵的水溶液。
[0024]二、本技术有两个优点:一是通过多道次等通道转角挤压达到细化显微组织,控制 合金相的尺寸的作用。Mg2Ni相的平均粒径最低可以降低到约100纳米,而后续的拉拔或者 乳制工艺可以进一步降低Mg 2Ni相的尺寸,而最终得到的Mg2Ni粉体的尺寸就保持在这一大 小。二是制备成本相对低廉,制备周期较短,能满足批量化的生产要求。
[0025]从图1的铸态的Mg-10Ni合金扫描电子显微图可见:白色区域为Mg2Ni相,呈网格状 分布,尺寸非常粗大。
[0026]从图2的拉拔成直径0.3毫米的丝材的Mg-10Ni合金的低倍扫描电子显微图可见: 白色的Mg2Ni相尺寸细小,且分布非常均匀。
[0027]从图3的拉拔成直径0.3毫米的丝材的Mg-10Ni合金的高倍扫描电子显微图可见: Mg2Ni相颗粒细小均匀,平均直径在500纳米左右。
【主权项】
1. 一种纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法,其特征在于包括以下步骤: 1) 将镍加入熔化后的镁中,经搅拌、精炼处理后浇铸成镁镍合金铸锭; 2) 将镁镍合金铸锭进行均匀化热处理; 3) 对热处理后的镁镍合金铸锭进行等通道转角挤压; 4) 将等通道转角挤压处理后的合金通过多道次拉拔成镁镍合金丝或者乳制加工成镁 镍合金箱; 5) 将镁镍合金丝或镁镍合金箱浸泡于酸性溶液中,将基体的镁腐蚀掉,然后将腐蚀去 除基体镁的产物以离心分离或者过滤的方法,分离取得固体颗粒物,经干燥得纳米级Mg 2Ni 化合物。2. 根据权利要求1所述纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法,其特征在于:所述合金铸锭 中,镍占合金铸锭总质量的5.0~40.0%。3. 根据权利要求1所述纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法,其特征在于:所述均勾化热 处理的温度条件为500°C。4. 根据权利要求1所述纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法,其特征在于:所述等通道转 角挤压处理时变形温度条件为200 °C~250 °C,采用多道次加工。5. 根据权利要求1所述纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法,其特征在于:所述镁镍合金 丝的直径在0.5mm以下。6. 根据权利要求1所述纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法,其特征在于:所述镁镍合金 箱的厚度在〇.5mm以下。7. 根据权利要求1所述纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法,其特征在于:所述酸性溶液 为稀硝酸、稀盐酸或稀乙酸的水溶液。8. 根据权利要求1所述纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法,其特征在于:所述酸性溶液 为浓氯化铵,或浓硝酸铵的水溶液。
【文档编号】C22C19/03GK105950915SQ201610317838
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】严凯, 程宏辉, 金朝阳, 黄新, 费洪旗
【申请人】扬州大学