一种镍合金及其3D打印制备方法、骨架型镍合金催化剂与应用技术

本申请涉及催化剂的技术领域，具体公开了一种镍合金及其3D打印制备方法、骨架型镍合金催化剂与应用。本申请公开的镍合金，包括以下各重量份的元素：449

【技术实现步骤摘要】
一种镍合金及其3D打印制备方法、骨架型镍合金催化剂与应用


[0001]本申请涉及催化剂的
，具体涉及一种镍合金及其3D打印制备方法、骨架型镍合金催化剂与应用。

技术介绍

[0002]环境问题是当前人类面临的主要挑战之一，清洁能源的使用正受到社会的广泛关注。其中，合成天然气作为一种清洁能源引起了人们的重视，使用合成天然气可以有效降低碳排放，进而减少对环境的污染。同时，通过煤的气化和甲烷化得到的煤制的合成天然气可更加合理的使用煤炭资源，进而满足富煤国家天然气的市场需求。
[0003]在煤制的合成天然气的研究过程中，CO加氢甲烷化合成是非常重要的一类反应，在这类反应中，工业上通常需要采用催化剂进行催化反应；由M.Raney开发的骨架型镍合金催化剂具有成本低廉、制备方法简单、催化效果好的优点，在合成天然气的制备方法中具有广泛的应用。
[0004]骨架型镍合金催化剂作为一种固定床反应器催化剂，其制备方法主要有共沉淀、溶胶
‑
凝胶、微乳液、等离子体等方法。其中，利用共沉淀法、溶胶
‑
凝胶法、微乳液法制备的催化剂的力学性能较差，在载气流量波动时极易发生振动破损、磨损、污染等情况，严重时将堵塞管道；而等离子体的制备方法成本较高，不适用于工业生产。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本申请提供一种镍合金及其3D打印制备方法、骨架型镍合金催化剂与应用。
[0006]第一方面，本申请提供一种镍合金，所述镍合金为NiAlX，包括以下各重量份的元素：49
‑
78份Ni、12
‑
23份Al、0
‑
33份X；所述X为Co、Cr、Mo中的一种或多种；所述Ni元素和所述Al元素的重量比为(2.5
‑
4.5):1。
[0007]本申请利用上述重量份的元素组成提供的镍合金，可以作为骨架型镍合金催化剂的前驱体，获得比表面积较高、催化活性高、力学性能优异的催化剂；镍合金还可以采用Co、Cr、Mo为主体元素的单质或合金作为添加剂；上述添加剂因其特殊的核外电子排布可以有效提高骨架型镍合金催化剂的相关性能，如产物选择性，氢气吸附性或抑制积碳生成。
[0008]优选地，所述Ni元素和所述Al元素的重量比值为(2.5
‑
3.5):1。
[0009]优选地，所述镍合金包括以下各重量份的元素：49
‑
57份Ni、12
‑
20份Al、28
‑
33份X。
[0010]优选地，所述镍合金中：所述X为CoCrMo，所述CoCrMo中各元素的重量比为：Co：Cr：Mo＝(54
‑
67)：(21
‑
26)：(5
‑
8)。
[0011]经过试验分析可知，本申请选择上述CoCrMo作为添加剂，并控制CoCrMo中的各元素组成，可以明显提高骨架型镍催化剂的催化活性和力学性能。
[0012]第二方面，本申请提供了上述镍合金的3D打印制备方法，包括以下步骤：
将各元素的粉末原料分别以2
‑
4r/min的送粉速度同时进行送粉，得到预混料；利用LENS技术对所述预混料进行3D打印成型；所述LENS技术的工艺参数为：激光功率200
‑
300W，扫描速度40
‑
60cm/min，层厚10
‑
30μm，氧含量＜20ppm，填充间距为60
‑
90μm。
[0013]本申请采用的激光工程净成形技术(LENS)具有成型效率高，冷却效果好等优点；同时，LENS可以通过外置多个送粉器来输送原料粉末，达到制备不同成分的功能材料、梯度材料。这种通过调节不同送粉器的输送速率的方法可以随时调节打印过程中的元素粉末比例，进而快速制备大量不同组分的新材料，对新材料开发有重要作用。因此，本申请提供的3D打印方法可以制备具有成分可设计的镍合金，进而制备具有成分可设计的骨架型镍催化剂。
[0014]进一步地，镍合金在3D打印制备后可形成稳定的合金固溶体，可以在常温空气中保存，运输方便危险性低，可长时间保存后再进行激活使用，可以有效降低运输与使用成本。
[0015]本申请制备的镍合金的形状和扫描路径均可设计。通过对扫描路径和填充率等参数的调节，使得3D打印成型样品的宏观空隙是可调的，获得多孔隙的成型样品；进而可有效提高NaOH溶液对成型样品的浸润性，减少浸出时间，降低生产成本，同时提高催化剂的比表面积。
[0016]在具体的实施方案中，所述扫描路径可选择为：直线、正交、45
°
交叉、60
°
交叉等多角度直线交叉。
[0017]在具体的实施方案中，所述填充率可根据床层设计需要进行调整；所述填充率可以为10％
‑
100％。
[0018]在具体的实施方案中，所述填充率还可以为10％、30％、60％、80％、100％。
[0019]本申请通过控制3D打印过程中填充率的参数，可以对镍合金以及骨架型镍合金催化剂的性能进行调控，进一步地，当填充率选择为30
‑
60％的范围内，可以同时提高催化剂的催化活性和力学性能。
[0020]优选地，所述各元素的粉末原料的粒径均为45
‑
100μm。
[0021]优选地，所述Ni粉与所述Al粉的送粉速度的配比为(2
‑
3)：(2
‑
4)。
[0022]在具体的实施方案中，所述Ni粉与所述Al粉的送粉速度的配比可以为2：2、2：3、2：4、3：2、3：3、3：4、4：2、4：3、4：4。
[0023]经过试验分析可知，本申请将Ni粉与Al粉的送粉配比控制为上述范围，可以获得高比表面积的骨架型镍催化剂，进而可以有效提高催化剂的活性。
[0024]X作为添加剂时，X原料的添加剂粉末可预添加至主体原料中或采用额外送粉器配送，操作自由度高，并可随意选择。当选择将X原料的添加剂粉末预添加至主体原料的方法获得的粉末不可长时间存放，粉末静置时间过长会导致不同密度粉末偏聚，影响均匀性，且无法对催化剂成分实时可调，会引发床层局部过热的问题；但该方法可以降低技术和设备成本。当选择采用额外送粉器对X原料的添加剂粉末配送时，可针对床层设计需求对催化剂性能进行调控。
[0025]优选地，当所述镍合金中的X为CoCrMo时，所述X粉中各元素的重量比为：Co：Cr：Mo＝(54
‑
67)：(21
‑
26)：(5
‑
8)。
[0026]进一步地，所述X粉与所述Al粉的体积比为(2
‑
4)：(6
‑
8)。
[0027]经过试验分析可知，本申请选择上述合金粉末作为添加剂粉末，并控制添加剂粉末和Al粉的体积比，可以明显提高骨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍合金，其特征在于，所述镍合金为NiAlX，包括以下各重量份的元素：49
‑
78份Ni、12
‑
23份Al、0
‑
33份X；所述X为Co、Cr、Mo中的一种或多种；所述Ni元素和所述Al元素的重量比为（2.5
‑
4.5）:1。2.根据权利要求1所述的镍合金，其特征在于，所述镍合金中：所述X为CoCrMo，所述CoCrMo中各元素的重量比为：Co：Cr：Mo=（54
‑
67）：（21
‑
26）：（5
‑
8）。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述镍合金的3D打印制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各元素的粉末原料分别以2
‑
4r/min的送粉速度同时进行送粉，得到预混料；利用LENS技术对所述预混料进行3D打印成型；所述LENS技术的工艺参数为：激光功率200
‑
300W，扫描速度40
‑
60cm/min，层厚10
‑
30μm，氧含量＜20ppm，填充间距为60
‑
90μm。4.根据权利要求3所述镍合金的3D打印制备方法，其特征在于，所述各元素的粉末原料的粒径均为45
‑
100μm。5.根据权利要求3所述镍合金的3D打印制备方法，其特征在于，当X粉末作为添加...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫廓，姜恒，陈猛，王之英，徐文帅，王海瑞，赵玲玲，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：