本发明专利技术涉及一种ＲＥ－Ｍｇ－Ｎｉ－Ｍ系贮氢合金的制备方法。在惰性气体的保护下，采用冷坩埚磁悬浮炉熔炼得到ＲＥ－Ｍｇ－Ｎｉ－Ｍ系贮氢合金铸态产品，取铸态产品热处理得到热处理态产品。包括：（１）备料；（２）将Ｎｉ和Ｍ金属一起熔炼一次；（３）将ＲＥ金属熔炼一次；（４）将步骤（２）和（３）所得铸锭一起熔炼一次；（５）将步骤（４）所得铸锭翻转熔炼为合金熔液，添加镁中间合金，冷却得到ＲＥ－Ｍｇ－Ｎｉ－Ｍ系贮氢合金铸态产品，（６）铸态产品经热处理，得到热处理态产品。该铸态和热处理产品，单个重量为５０～１０００克；产品中镁含量接近设计值；铸态产品成分均匀，具有高的贮氢容量；热处理产品组织及成分均匀，具有高的贮氢容量和长的循环寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
贮氢合金即金属贮氢材料，由于其在适当的温度、压力下能大量 (贮氢密度高于液态氢)、安全、可逆地吸收、释放氢气，且吸放氢 过程中伴随着一定的热效应，所以作为与清洁能源一氢能相关的能量 转换材料和能量贮存材料而受到关注。作为一种新型功能材料，贮氢 合金的应用领域如下(l)氢能和热能的贮存；(2)氢的分离、回收和净 化；(3嵐同位素的分离(4)民用或电动车用镍一金属氢化物二次电池 (以下简称镍氢二次电池)的负极活性材料;(5)热能—机械能的转换; (6)合成化学中的催化剂；(7)温度传感器。其中，作为民用或电动车用的镍氢二次电池备受关注并已实现商 业化。镍氢二次电池具有如下特点(l)高容量；(2)耐过度充电和放电; (3)可高倍率充放电(4)无记忆效应；(5)无环境污染(6)完全替代存在环境污染问题的镍一镉二次电池等。作为锐氢二次电池负极活性材料的贮氢合金，主要包括RE-Ni 系ABs型、Ti或Zr系AB2型等。此类贮氢合金具有如下特征(l)电 化学贮氢容量高(不低于300mAh/g); (2)合金氢化物的平衡氢压适当(0.01 0.5MPa, 2诉K); (3)合金组分的化学性质在碱性电解液中相 对稳定；(4)反复充放电过程中合金不易粉化；(5)较好的温度特性(一 30 55'C); (6)良好的导电性和导热性；(7)原材料成本较低。目前，镍氢二次电池正继续向高容量、高功率、低成本方向发展， 相应作为负极活性材料的贮氢合金也在不断发展。据报道，RE-Mg-Ni系AB3或A2B7或A5B,9型贮氢合金具有更高的电化学贮氢容量且成本较低，是目前国内外贮氢合金领域的重要发展方向。由于RE-Mg-Ni系贮氢合金中含有金属元素Mg，而Mg的熔点、 密度、蒸汽压与RE、 Ni等元素相差较大，给该体系贮氢合金的制备 带来了困难(1) La、 Ni的熔点分别为921。C、 1453°C，而Mg的熔点为649。C， 其沸点仅为IO卯-C;(2) La、 Ni的密度分别为6.70g/cm3、 8.卯g/cm3，而Mg的密度仅 为1.74g/cm3;(3) La、 Ni在各自熔点温度时的蒸汽压分别为1.33x10 —7Pa (921'C)、 237Pa ( 1453。C)，而Mg在IOOO'C时的蒸汽压高达2.86xl07Pa。目前RE-Mg-Ni系贮氢合金的制备方法有粉末烧结法和感应熔炼 法。粉末烧结法制备该体系合金，实验周期长，合金成分和组织不均 匀，氡含量容易超标，难以实现规模化生产。感应熔炼法是将Mg、 RE、 Ni等金属一起放在坩埚中熔化，其中Mg金属要有一定程度过 量，但由于Mg的挥发较为严重且密度及熔点与其他金属相差较大，很难制备出成分符合设计要求的合金，成分均匀性也难以控制；同时 还存在着漂浮M g金属粉尘诱发粉尘爆炸和火灾等安全性问题。翻赠本专利技术的目的是提供一种方便、快捷、有效的高容量长寿命RE-Mg-Ni-M系贮氢合金的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案，该方法包括下述步(1) 按照RE-Mg-Ni-M系贮氢合金的目标结构式中的成分和含 量进行备料，其中采用镁和结构式中的其它元素的中间合金作为镁原 料，并控制镁含量超过设计值10 20wt^:(2) 在惰性气体的保护下，将原料Ni和M金属一起熔炼一次；(3) 在惰性气体的保护下，将原料RE金属熔炼一次；(4) 在惰性气体的保护下，将步骤(2)和(3)所得铸锭一起 熔炼一次；(5) 在惰性气体的保护下，将步骤(4)所得铸锭翻转后熔炼， 熔炼时设备功率控制在35 40KW，并控制合金熔液在1300 1500'C 范围内然后将设备功率降至28 32KW，同时添加镁中间合金并保 持时间为0.5 2分钟，冷却得到RE-Mg-Ni-M系贮氢合金铸态产品。上述得到的KE-Mg-Ni-M系贮氢合金是铸态产品，还可以得到g 处理态产品，制备RE-Mg-Ni-M系贮氢合金的热处理态产品的方法， 除步骤(1)中的控制镁含量超过设计值不同于制备热处理态产品以及增加步骤(6)之外，其余的都同于制备铸态产品的方法，其不同 之处如下步骤(1 )，按照RE-Mg-Ni-M系贮氢合金的目标结构式中的成分 和含量进行备料，其中采用镁和结构式中的其它元素的中间合金作为 镁原料，并控制镁含量超过设计值20 30wt^;增加步骤(6)，在惰性气体的保护下，铸态产品进行热处理得到 热处理态产品。除此以外，在步骤(2)、 (3)、 (4)、 (5)中，制备热处理态产品 方法和制备铸态产品方法均相同。在所述步骤(2)中，熔炼时设备功率控制在25 27KW,实现 Ni和M金属的精炼。在所述步骤(3)中，熔炼时设备功率控制在18 20KW,实现 RE金属的精炼。在所述步骤(1)和(2)中，M金属为Co、 Mn、 Al、 Cr、 Si、 Fe、 Cu、 Zn和Sn中的一种或两种或两种以上。在所述步骤(1)和(3)中，RE金属为La、 Ce、 Pr、 Nd和Y 中的一种或两种或两种以上。所述步骤(2)和(3)为金属的精炼过程，且步骤(3)在步骤 (2)后进行。在^述步骤(4)中.将熔炼时步骤Q)所得Ni和M合金铸锭 放在坩埚底部；熔炼时设备功率控制在35 40KW，合金熔液悬浮并 呈细长条状，实现未添加Mg铸态合金的均匀化。在所述步骤(5)中，熔炼时设备功率先控制在35 40KW，然 后再降至28 32KW，以保证合金熔液温度合适，使其在添加镁中间 合金时不至于由于温度过低而凝固或温度过高而导致镁挥发严重，有 效控制Mg的挥发量，实现Mg的添加。在所述步骤(2)、 (3)、 (4)、 (5)、 (6)中，惰性气体为高纯或 工业级氩气、氦气或氮气。其中，高纯的氩气、氦气、氮气的纯度为 99.999%。在所述步骤(2)、 (3)、 (4)、 (5)中，惰性保护气体的压力控制 在1个大气压左右。在所述步骤(6)中，热处理温度为800 1050°C，热处理时间 为6 24小时，冷却方式为随炉冷却；该热处理过程中惰性保护气体 的压力为微正压500 10000Pa,在炉内合金周围铺上一层直径范围 为0)50 100mm、厚为1 2mm的RE-Ni合金粉末作为夺氧剂，有 效减少合金产品中的氧含量。本专利技术的专利技术点在于RE-Mg-Ni-M系贮氢合金的制备过程(熔炼 和热处理)均在高纯或工业级氩气、氦气或氮气保护气氛下进行。本专利技术的专利技术点在于所述步骤(2)和(3)为金属的精炼过程， 且步骤(3)在步骤(2)后进行，即RE金属的精炼在Ni和M金属 精炼过程之后进行，以尽量减少RE金属的氧化。本专利技术的专利技术点在于歩骤(5)中选用镁中间合金作为Mg原料， 明显减小了原料金属间的密度及熔点差别，并结合二次加料，使Mg 的成分均匀且挥发量易于控制。在配制原料成分时，保证铸态合金中Mg含量较设计值过量10 20wt%;保证要进行后续热处理的铸态合 金中Mg含量较设计值过量20 30 wt% 。本专利技术的专利技术点在于冷坩埚磁悬浮熔炼即铸态合金制备过程采 用加热功率作为主要控制参数。本专利技术的专利技术点还在于步骤(6)的热处理过程在微正压惰性气 体保护下进行，在炉内合金周围铺上一层RE-Ni合金粉末作本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＲＥ－Ｍｇ－Ｎｉ－Ｍ系贮氢合金的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：（１）按照ＲＥ－Ｍｇ－Ｎｉ－Ｍ系贮氢合金的目标结构式中的成分和含量进行备料，其中采用镁和结构式中的其它元素的中间合金作为镁原料，并控制镁含量超过设计值１０ ～２０ｗｔ％；（２）在惰性气体的保护下，将原料Ｎｉ和Ｍ金属一起熔炼一次；（３）在惰性气体的保护下，将原料ＲＥ金属熔炼一次；（４）在惰性气体的保护下，将步骤（２）和（３）所得铸锭一起熔炼一次；（５）在惰性气体的 保护下，将步骤（４）所得铸锭翻转后熔炼，熔炼时设备功率控制在３５～４０ＫＷ，并控制合金熔液在１３００～１５００℃范围内；然后将设备功率降至２８～３２ＫＷ，同时添加镁中间合金并保持时间为０．５～２分钟，冷却得到ＲＥ－Ｍｇ－Ｎｉ－Ｍ系贮氢合金铸态产品；。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周增林，宋月清，崔舜，林晨光，闫震宇，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。