制备具有细晶粒特征的铝合金的方法及制得的铝合金技术

本发明专利技术公开了一种制备具有细晶粒特征的铝合金的方法及制得的铝合金，所述方法包括在熔炼制备可水解制氢铝合金的过程中，在搅拌下向所述可水解制氢铝合金的熔液中加入稀土细化剂，并混合均匀、冷却成型后得到改性可水解制氢铝合金；其中，所述稀土细化剂为铝铈合金并且加入量占所述改性可水解制氢铝合金重量的0.001‑1wt％，所述铝铈合金的组成为76‑92wt％的铝和8‑24wt％的铈。本发明专利技术可以有效细化铝合金中的铝晶粒，进而极大提高了铝合金水解速率。

【技术实现步骤摘要】
制备具有细晶粒特征的铝合金的方法及制得的铝合金
本专利技术属于铝合金的水解制氢领域，具体涉及一种制备具有细晶粒特征的铝合金的方法及制得的铝合金。
技术介绍
化石能源的枯竭以及燃烧带来的环境问题逐渐引起广泛的重视，氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，尤其是结合燃料电池的使用，可提高氢能的利用率。但是氢气的储存是制约燃料电池广泛使用的重要技术瓶颈。此外，氢气运输过程中的安全性问题和高昂的成本也限制了氢能大规模的使用。为了满足质子交换膜燃料电池的应用需求，相应的现场制氢技术要求原料有较高的产氢容量和瞬间较大的产氢速率。同时需要反应条件温和，反应快捷方便，原材料易于携带、保存等特点。铝镓合金产氢具有反应条件温和，反应快捷方便，体积小，储存方便等特点，利用铝镓合金制氢可快速地产生氢气：2Al+6H2O＝2Al(OH)3+3H2↑根据上述化学反应方程式，1gAl能产生1.244LH2(标况下),合金中的铝通常都能反应完全。但是现有关于铝镓合金产氢的研究中，铝晶粒的形貌会显著影响铝合金产氢性能，因此大规模生产中必须控制铝晶粒的大小。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种制备具有细晶粒特征的铝合金的方法及制得的铝合金，以提高可水解制氢铝合金的产氢性能。为实现上述专利技术目的的一个方面，本专利技术提供的制备具有细晶粒特征的铝合金的方法采用如下技术方案：一种制备具有细晶粒特征的铝合金的方法，所述方法包括在熔炼制备可水解制氢铝合金的过程中，在搅拌下向所述可水解制氢铝合金的熔液中加入稀土细化剂，并混合均匀、冷却成型后得到铝晶粒细化后的改性可水解制氢铝合金；其中，所述稀土细化剂为铝铈合金并且加入量占所述改性可水解制氢铝合金重量的0.001-1wt％，所述铝铈合金的组成为76-92wt％的铝和8-24wt％的铈。在本专利技术中，所述可水解制氢的铝合金可以是那些为本领域所熟知的可以利用合金中的铝与水进行水解以制备氢气的铝合金。根据本专利技术的方法，优选地，所述可水解制氢铝合金为Al-Ga-In-Sn合金；在一种实施方式中，所述Al-Ga-In-Sn合金组成为：70-98wt％的Al，0.5-10wt％的Ga，0.3-12wt％的In，和0.3-12wt％的Sn；在一种实施方式中，所述Al-Ga-In-Sn合金组成可以为以下更为常用的范围：80-94wt％，比如82wt％、85wt％、88wt％、90wt％或92wt％的铝、1wt％-8wt％，比如2wt％、2.5wt％、3wt％、4wt％或5wt％的镓、1-8wt％，比如2wt％、3wt％、4wt％、5wt％或6wt％的In，和1-8wt％，比如2wt％、3wt％、4wt％、5wt％或6wt％的Sn；在上述铝合金中，Ga、In和Sn本身并不参与水解反应，而是用于促进铝的水解，因此本领域技术人员理解，当铝合金中铝含量更低时水解同样可行，但由于经济性差而不被优选。在一种实施方式中，所述Al-Ga-In-Sn合金中含有5-10wt％，比如6wt％或8wt％或9wt％的In和Sn，其中In:Sn的用量比为3:1。在本专利技术中，所述稀土细化剂为铈含量较低的铝铈合金，研究意外发现其具有良好的对铝合金中的铝晶粒进行细化/改性的效果；优选地，所述铝铈合金中铈含量为10-20wt％，比如12wt％、13wt％、15wt％、17wt％或18wt％；所述铝铈合金的加入量占所述改性可水解制氢铝合金重量的0.01-0.5wt％，优选0.05-0.5wt％，比如0.02、0.04、0.08、0.1、0.2、0.3或0.4。在本专利技术中，所述铝铈合金可以以小块状或较大颗粒状的形式加入例如在一种实施方式中，加入的铝铈合金的颗粒尺寸为40目或更大的颗粒尺寸，比如20目、16目、10目、7目或4目。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法包括：(1)在保护气氛中按配比将相应的原料放入到熔炼炉中进行熔炼；(2)将所述铝铈合金加入到熔炼炉中并进行搅拌熔炼1-20min，并倒入模具中冷却成型。在步骤(1)中，所述原料既可以是制备Al-Ga-In-Sn合金的金属原料，也可以是现有向Al-Ga-In-Sn合金产品，通过熔炼以便后续引入稀土细化剂。在步骤(1)中，所述保护气氛为本领域熟知，例如氮气气氛或其它惰性气氛；其熔炼时间和温度以合金可以得到充分熔炼为宜，具体为本领域技术人员可以根据实际情况确定，在一种实施方式中，步骤(1)中熔炼时间为0.5-2h，比如1h或1.5h，熔炼温度为700-1000℃，比如800℃或900℃。在步骤(2)中，加入铝铈合金后进行搅拌，具体的搅拌控制以保证混合均匀为宜，本领域技术人员可以根据实际情况进行控制；其熔炼时间控制在1-20min以便更好的保障对成型后合金中铝晶粒的改性/细化效果，进而提高合金产氢性能，防止细化剂效果减弱或失效；优选地，步骤(2)中，熔炼时间为5-15min，比如8、10min或12min。本领域技术人员理解，通常所用各原料或合金的杂质含量应尽量小，在本专利技术中，所用的各原料或合金的杂质含量优选≤1％，比如0.1％。本专利技术还提供了根据上述方法制备得到的铝合金。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术采用熔融的方式向可水解制氢的铝合金中引入适量稀土细化剂，可以改变铝合金中铝晶粒的形貌，使铝晶粒细化，例如由约45μm细化至21μm，进而促进铝合金水解反应；本专利技术制备的铝合金与水接触后可直接反应，在不减弱总产氢量的前提下，水解反应完成时间缩短，平均产氢速率高，可以满足在线供氢和实时供氢，适合为质子交换膜燃料电池提供高纯度氢源，并且工艺简单，适合大规模生产应用。附图说明图1为实施例1的添加稀土细化剂合金样品的的扫描电镜图；其中，表征的铝合金锭的微观形貌和结构中，铝晶粒为柱状，平均宽度约35.2μm。图2为实施例2的添加稀土细化剂合金样品的的扫描电镜图；其中，表征的铝合金锭的微观形貌和结构中，铝晶粒为柱状，平均宽度约21.0μm。图3为对比例1的未添加稀土细化剂合金样品的的扫描电镜图；其中，表征的铝合金锭的微观形貌和结构中，铝晶粒为柱状，平均宽度约45.4μm。图4为实施例1-2以及对比例1的铝合金瞬时产氢速率图，改性后水解反应完成时间明显缩短。图5为实施例3的添加稀土细化剂合金样品的的扫描电镜图；其中，表征的铝合金锭的微观形貌和结构中，铝晶粒为柱状，平均宽度约26.7μm。图6为对比例2的未添加稀土细化剂合金样品的的扫描电镜图；其中，表征的铝合金锭的微观形貌和结构中，铝晶粒为柱状，平均宽度约44.4μm。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术并不仅限于此。如未特别说明，以下所用原料杂质含量不大于0.1wt％。实施例1以90wt％的纯度为99.9％以上的Al块，2.5wt％的纯度为99.9％以上的Ga，7.5wt％的纯度为99.9％以上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备具有细晶粒特征的铝合金的方法，其特征在于，所述方法包括在熔炼制备可水解制氢铝合金的过程中，在搅拌下向所述可水解制氢铝合金的熔液中加入稀土细化剂，并混合均匀、冷却成型后得到改性可水解制氢铝合金；其中，所述稀土细化剂为铝铈合金并且加入量占所述改性可水解制氢铝合金重量的0.001-1wt％，所述铝铈合金的组成为76-92wt％的铝和8-24wt％的铈。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备具有细晶粒特征的铝合金的方法，其特征在于，所述方法包括在熔炼制备可水解制氢铝合金的过程中，在搅拌下向所述可水解制氢铝合金的熔液中加入稀土细化剂，并混合均匀、冷却成型后得到改性可水解制氢铝合金；其中，所述稀土细化剂为铝铈合金并且加入量占所述改性可水解制氢铝合金重量的0.001-1wt％，所述铝铈合金的组成为76-92wt％的铝和8-24wt％的铈。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可水解制氢铝合金为Al-Ga-In-Sn合金。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Al-Ga-In-Sn合金组成为：70-98wt％的Al，0.5-10wt％的Ga，0.3-12wt％的In，和0.3-12wt％的Sn；优选地，所述Al-Ga-In-Sn合金组成为：80-94wt％的Al，1-8wt％的Ga，1-8wt％的In，和1-8w...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏存弟，马焕焕，刘州，高钱，王宏超，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22