专利名称：以低成本钒铁合金为原料的固溶体储氢合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以低成本钒铁合金为原料的固溶体储氢合金，具体地说， 使用商用钒铁合金作为廉价的钒源，并加入微量的稀土元素Ce，获得储氢容 量大于3.0wt。/。的钛铬钒铁固溶体储氢合金。
背景技术：
贮氢是氢能系统中关键的环节，固态储氢材料和技术以其安全性高，储 氢密度大特点成为一种主要的储氢方式。钛铬钒固溶体储氢合金具有约4wt% 的最大储氢容量，而且吸放氢条件在温和(室温吸氢，放氢温度低于473K) 及氢反应动力性能良好等特点，成为最有发展潜力储氢合金之一。
在钛铬钒固溶体中适量加入适量的元素Fe，组成Ti-Cr-V-Fe四元合金，既 可降低合金成本，又可提高合金的放氢平衡压力，提高合金的放氢容量。但目 前制备的Ti-Cr-V-Fe四元合金一般是使用纯的V和Fe作为原料，其成本相对 较高(纯V的价格约为3000元/公斤)，且合金中V元素含量一般大于30wt%， 因此合金的生产成本过高。
相比而言，钒铁合金价格只有纯V的1/5到1/6，以其为原料制备Ti-Cr-V-Fe 储氢合金，可同时满足了合金加V和Fe的双重要求，因此对改善合金的性能 是有利的。然而由于钒铁合金中有含Al和(或)Si的氧化物或者其他相，对 合金的性能有一定的不利影响，诸如降低储氢容量、抬高平台压力，吸放氢平 台倾斜等问题，因此研究以钒铁为原料，获得储氢性能接近纯钒和纯铁制备的 合金，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以钒铁合金为原料的固溶体储氢合金，使用商 用钒铁合金作为廉价的钒源，并加入微量稀土 Ce，制备室温储氢容量大于 3.3wt%， 443K有效的放氢容量高于2.10wt。/。钛铬钒铁固溶体储氢合金。
为了实现上述目的，本发明采取以下的技术方案
本发明所述的钛钒铬铁固溶体储氢合金，其化学式为Tix-Cry-Vz-Fem-Cew，其中x+y+z+m=100， 0.8《x/y《l.l， 35《(z+m)《55， 5.0《z/m ， 0.6《w《 2.0。其中，x、 y、 z、 m、 w表示原子数。
所述的储氢合金是采用单质Ti、 Cr和Ce分别作为合金中的钛、铬、铈的 原料，并采用商业钒铁合金作为合金中的钒与铁原料，钒铁合金中V与Fe的 摩尔比例》5.0。
本发明所述的固溶体储氢合金在室温储氢容量大于3.3wt%， 343K有效的 放氢容量大于2.10wt。/0。
本发明的固溶体储氢合金的优点是-
该合金具有室温储氢容量大于3.3wt%， 443K有效的放氢容量大于2.10wt% 的储氢性能。其制备工艺简单，易于大量生产，在固态储存氢以及集成燃料电 池应用方面具有良好的前景。
图1Ti28.9Cr36.,V29.46Fe5.54CeL0合金首次吸氢曲线(a)和不同温度放氢曲线(b)
图2 Ti23.6Cr2MV46.29Fe8.7!Ce,.o合金首次吸氢曲线(a)和不同温度放氢曲线(b)
图3Ti27.3Cr28.7V37.t3Fe6.87Ceo.6合金首次吸氢曲线(a)和不同温度放氢曲线(b)
图4 Ti27.3Cr28.7V37.uFe6.87Ce2.o合金首次吸氢曲线(a)和不同温度放氢曲线(b)
具体实施例方式
下面采用具体实例来对本发明作进一步的说明和解释，但本发明并不仅限 于本实施例。
本发明实施例中的采用的钒铁合金是由锦州铁合金厂生产的，其成分为
(重量比:83.10 V、 0.05Mn、 0.05C、 0.03S、 0.55Si、 O.OIP、 0.13Al、 15.99Fe)。 Tix-Cry-Vz-Fem-Cew合金通过电弧或者磁悬浮感应熔炼的方法制备，方法如
下采用纯度大于99.0。/。的单质Ti， Cr和Ce与上述成分的钒铁合金，按照化
学计量进行配料，在纯度大于99.5%氩气保护气氛下熔炼4次以上以保证合金
成分的均匀性，随后进行1673K退火10-30min,水冷。 合金的储氢性能测试采用通用的等容方法进行。
实施例1
Ti28.9Cr3"V29.46Fe5.54CeL。合金采用磁悬浮感应熔炼4次，纯度大于99.5% 氩气保护。之后1673K真空退火30min，水冷。在空气中机械破碎至-40目 60目粉末，装入不锈钢反应器中采用等容法测试储性能。合金在298K抽真空 30分钟后，通入6.5MPa的氢气进行活化吸氢，获得第一次活化动力学性能， 之后在623K机械泵抽真空40min进行放氢，再分别降温到298和343K进行 PCT性能测试，最高吸氢压力7.5MPa。由活化动力学曲线可见，该合金室温 抽真空条件下即可快速活化吸氢，6min达到饱和吸氢。由298K的放氢PCT 曲线获得合金的最大氢含量为3.50wt%，有效放氢为2.25wt%,放氢平衡压力 为0.33MPa， 343K有效放氢为2.45wt%。 实施例2
Ti23.6Cr2L4V46,29Fe8.7!Cei.o合金采用磁悬浮感应熔炼4次，纯度大于99.5% 氩气保护。之后采用真空石英管密封进行1673K， 25min均匀化退火处理。在 空气中机械破碎至-40目 60目粉末后，装入不锈钢反应器中采用等容法进行 吸氢性能测试。合金在298K抽真空30分钟后，通入6.5MPa的氢气进行活化 吸氢，获得第一次活化动力学性能，之后在623K机械泵抽真空40min进行放 氢，再分别降温到298和343K进行PCT性能测试，最高吸氢压力7.5MPa。 由活化动力学曲线可见，该合金室温抽真空条件下即可快速活化吸氢，6min 达到饱和吸氢。由298K的放氢PCT曲线获得合金的最大氢含量为3.43wt%， 有效放氢为2.10wt%，放氢平衡压力为0.25MPa， 343K有效放氢为2.20wt%。 实施例3
Ti273Cr28.7V37j3Fe6.87Ceo.6合金采用磁悬浮感应熔炼4次，纯度大于99.5% 氩气保护。之后采用真空石英管密封进行1673K， 20min均匀化退火处理。在 空气中机械破碎至-40目 60目粉末后，装入不锈钢反应器中采用等容法进行 吸氢性能测试。合金在298K抽真空30分钟后，通入6.5MPa的氢气进行活化 吸氢，获得第一次活化动力学性能，之后在623K机械泵抽真空40min进行放 氢，再分别降温到298和343K进行PCT性能测试，最高吸氢压力7.5MPa。 由活化动力学曲线可见，该合金室温抽真空条件下即可快速活化吸氢，6min 达到饱和吸氢。由298K的放氢PCT曲线获得合金的最大氢含量为3.43wt%， 有效放氢为2.10wtM，放氢平衡压力为0.38MPa， 343K有效放氢为2.20wt%。 实施例4
Ti27.3Cr28.7V37.uFe6.87Ce2.o合金采用磁悬浮感应熔炼4次，纯度大于99.5%氩气保护。之后采用真空石英管密封进行1673K， 30min均匀化退火处理。在 空气中机械破碎至-40目 60目粉末后，装入不锈钢反应器中采用等容法进行 吸氢性能测试。合金在298K抽真空30分钟后，通入6.5MPa的氢气进行活化 吸氢，获得第一次活化动力学性能，之后在623K机械泵抽真空40min进行放 氢，再分别降温到298和343K进行PCT性能测试，最高吸氢压力7.5MPa。 由活化动力学曲线可见，该合金室温抽真空条件下即可快速活化吸氢，6min 达到饱和吸氢。由298K的放氢PCT曲线获得合金的最大氢含量为3.55wt%， 有效放氢为2.15wt%，放氢平衡压力为0.18MPa， 343K有效放氢为2.40wt%。
权利要求
1、一种以钒铁合金为原料的固溶体储氢合金，其特征在于该合金的化学式为Tix-Cry-Vz-Fem-Cew，其中x+y+z+m＝100，0.8≤x/y≤1.1，5.0≤z/m，35≤(z+m)≤55，0.6≤w≤2.0。
2、 根据权利要求1所述的固溶体储氢合金，其特征在于所述的储氢合金 是采用单质Ti、 Cr和Ce分别作为合金中的钛、铬、铈的原料，并采用商业钒 铁合金作为合金中的钒与铁原料，钒铁合金中V与Fe的摩尔比例^5.0。
全文摘要
本发明涉及使用商用钒铁合金作为廉价的钒源，并添加微量的稀土元素Ce，所获得钛铬钒铁固溶体储氢合金，该合金的化学式为Ti<sub>x</sub>-Cr<sub>y</sub>-V<sub>z</sub>-Fe<sub>m</sub>-Ce<sub>w</sub>，其中x+y+z+m＝100，0.8≤x/y≤1.1，35≤(z+m)≤55，5.0≤z/m，0.6≤w≤2.0。该合金具有室温储氢容量大于3.3wt％，443K有效的放氢容量大于2.10wt％的储氢性能。其制备工艺简单，易于大量生产。
文档编号C22C30/00GK101624674SQ20081011632
公开日2010年1月13日 申请日期2008年7月8日 优先权日2008年7月8日
发明者刘晓鹏, 李国斌, 李志念, 王树茂, 菁 米, 蒋利军 申请人:北京有色金属研究总院