专利名称：一种高性能贮氢合金产品加工工艺及设备的制作方法
一种新型的高性能储氢合金加工工艺与设备，主要用于熔融温度差别大的难熔合金生产，其重要的应用是生产双组分或多组分的储氢合金，如MgNi、Mg2Ni、TiFe等。
储氢合金是近年来开发的一类新型功能材料，可用于氢的提纯、热泵、空调、压缩机、燃料电池、汽车、航天航空等行业。这种合金具有可逆吸放氢的神奇性质。它可贮存相当于合金自身体积上千倍的氢气。其吸氢密度可超过液态氢甚至于固态氢。既轻便又安全。因而引起了极大的关注。世界上各工业强国都投入大量的人力、物力研究贮氢合金材料，为新世纪发展无污染的氢能源奠定基础。
贮氢合金主要有稀土系、钛系、镁系，目前以稀土系开发最快、应用最广。如LaNi5为主体的吸氢材料已应用于工业及日用产品的多个方面。其吸氢量最高可达1.37wt％。镁系贮氢材料早在1968年就由美国布鲁海文国立研究所发现并研制，其价格低、吸氢量可达7％以上，是一种前途相当广泛的材料。但由于活化困难，放氢温度高而受到限制。特别是，由于镁的熔点较低，熔融时的蒸汽压较高导致熔炼特别困难。
近来采用先进的机械合金化(Mechnic Alloying)方法，可以解决镁系熔炼难的问题，并且可以改善该类材料的性能，有报道，利用高能球磨方法制取的镁镍合金，吸放氢温度可低至摄氏30度，因此该工艺成为生产高性能贮氢材料最重要的方法之一。机械合金化(MA)方法的特点可以造成所生产的合金内部具有更多的结晶缺陷和更高的活性。但也存在效率低(一般生产一个周期仅粉磨时间可达200小时以上)，容易引入其他污染，造成合金性能下降，还有实际生产时软质物料粘壁离析以及反应难以控制、不能反应完全等缺点。
机械合金化(MA)方法最重要的过程是采用高能球磨机对材料进行预混合、研磨时的碰撞、剪切、焊接等作用，本项目引用这种不同金属之间的表面结合原理，独立开发了一种高压冷延叠加复合法与固相烧结法结合的两步工艺以及相应的设备。对于高效、低成本生产新型高性能贮氢合金具有重要作用。
本项目的目的是采用先进的高压冷延叠加混合工艺，结合高能球磨机生产的先进配方，在一定压力下使多种不同性能的金属，如镁、镍等，采用夹芯方式在冷延条件下形成多层结构，并且反复叠加，直至每层金属达到足够薄而导致一定的结合，冷延的温度可以是常温或金属熔融前的任何温度。冷延的压力可以根据金属的延展性确定，一般是10-120Mpa，冷延的方法可以是间歇式或连续式。一般冷延是在保护气氛下进行的，并且严格按照给定的比例配合。由于反复的叠加和延展，使该复合体的界面接触良好，每一层的厚度可达纳米级或亚微米级(几十至几百纳米)，并且材料的内部得到了极大的活化，金属的晶体结构变形很大。为进一步的反应创造了条件。将上述变形冷延复合体在合理的温度和气氛中烧结反应，完成金属之间的扩散结合，最终形成满足要求的合金材料或其他用途的材料。采用本方法生产的高性能镁系多元合金贮氢材料，贮氢能力达到5％以上，循环次数不低于稀土系列，贮放氢温度低于50℃。
本项目的工艺过程如下表示首先将镁、镍等金属预先加工成可连续生产的片材，与添加的活化剂一起在保护性气氛条件下送入碾压叠加机，经过多次冷延叠加后送入热压烧结机反应合成，形成要求的合金后，送入活化处理中心处理，然后切片加工与表面处理制成成品，也可以先将叠加后的复合片材或反应后的合金直接送入加工成型处加工成条形或其他形状，然后再烧结及活化处理。一般的，所有的预加工、碾压叠加、烧结等处理过程均在保护性气氛条件下进行，所谓的保护性气氛是指采用氮气或者氩气或者氢气条件下，预加工的薄片一般应为适合叠加机的长条形、或者较长的卷材，以适应叠加机的生产，所加的添加物可以是稀土元素或其他，可以是粉状、或者液体，若加入的是液体，一般采用喷雾法涂在卷材上，干燥后再行叠加。碾压叠加的压力根据材料的性能确定，本发明采用的压力在10-200Mpa，并且与叠加的层数有关；碾压叠加的速度按照线速度一般为1m/min-10m/min。热压烧结的主要参数是压力、温度和时间，根据材料的特性一般压力不超过碾压的压力，反应温度由于主要采用的是固相反应，因此控制在合金的低共融点以下为宜。反应的时间一般为几十分钟到几十个小时。活化同样也有温度、压力、时间、循环次数等参数，这些与其他方法生产差不多相同，切片、加工、表面处理也是已有的方法，在此不一一叙述。
本项目的突出特点，是采用了碾压叠加方法和热压烧结的有机结合达到了普通机械合金化不能达到的高效、优质、可控制生产，改善了合金的性能，取得显著效果。同时也克服了普通烧结法和普通热压烧结体反应控制困难的缺陷，由于烧结体是完全的层状结构，材料内部各层的厚度可以控制，根据反应的速度和扩散理论就可以完全控制反应产物的质量，甚至预留一定的未反应的金属骨架，可以解决储氢合金的粉化难题。对于制造储氢合金设备具有较好的作用。
本项目的实施例之一是采用如
图1所示的多辊叠加机进行叠加加工处理镁镍合金，图中1为镁，2为镍，3为压辊，4为导向辊，压辊成对出现，用液压方式给定压力，辊速为3m/min，压力45Mpa，6为压出的中间产品，一个单元得到的复合片材厚度为0.1mm，共7层，将该复合板材再加入镁片进一步复合达到要求的厚度。然后送入热压机反应24小时，得到性能良好的镍-Mg2Ni复合合金，进而将该复合合金送入活化中心处理得到性能良好的储氢材料。然后按照用户要求加工成一定的形状或制成储氢设备。
图2为另一个多辊叠加机的示意图，用于连续大规模生产，图中同样包含原材料1-镁金属、2-镍金属、3-为大小不同的压辊，各压辊的速度、压力根据设定的厚度调整。6为压出的半成品，一次得到要求的厚度后送入热压机，然后活化、切片、表面处理等。同样可以得到要求的储氢产品。实际生产按照筛选的合适配方，即可达到规模批量生产的要求。
图3为生产的工艺流程的一个实例示意图，镁、镍经预加工直至成薄片或条带，添加活化物送入碾压叠加机形成要求的多层体后再送入热压烧结机，然后活化处理，然后切片成型既成为要求的产品。或直接从碾压机、热压机送到切片成型处切片和表面处理后再进行热压烧结反应，然后活化处理，然后成型出厂。本过程形成的产品为性能良好的储氢片材。
权利要求
1.一种新型高性能储氢合金加工工艺及设备，其特征在于采用高压冷延叠加复合法与固相烧结相结合的两步工艺，所说的高压冷延叠加采用的可以是多辊碾压机，固相烧结可以采用热压烧结机，并且与预加工、活化处理、表面处理、切片成型等共同组成完整的生产过程。
2.如权利要求1所说的两步工艺，其特征在于所进行的加工过程可以处于氮气、氩气等惰性气体或氢气等还原性气体的保护下进行。
3.如权利要求1所说的高压冷延叠加机，其特征在于所采取的压力可以是5-200Mpa，实际上可根据叠加的层数和厚度调整。
4.如权利要求1所说的固相烧结，其特征在于烧结温度一般低于合金的低共融温度。
5.如权利要求1所说的高压冷延叠加复合法，其特征在于所加工的金属材料需按照材料要求的配比进行多层叠加，并且可以是在冷态(小于100℃)进行高压负荷，形成的材料可以是片状、多层块状或卷材、线材等。
6.如权利要求1所说的的高压冷延叠加复合法，其特征在于所复合的材料可以添加少量的活化物，该活化物可以是粉体或液体，一般添加物的加入采用喷涂法复合在金属原材料上，干燥后进行。
全文摘要
一种新型的高性能储氢合金加工工艺与设备，主要用于熔融温度差别大的难熔炼合金生产。项目引用不同金属之间的表面结合原理，开发了一种高压冷延叠加复合法与固相烧结法结合的两步工艺以及相应的设备。结合高能球磨机生产的先进配方，在保护气氛下，施加一定压力下使多种不同性能的金属，如镁、镍等，采用夹芯方式在冷延条件下形成多层结构，并且反复叠加，直至每层金属达到足够薄而导致一定的结合。将上述变形冷延复合体在合理的温度和气氛中烧结反应，完成金属之间的扩散结合，最终形成满足要求的合金材料或其他用途的材料。采用本方法生产的高性能镁系多元合金贮氢材料，贮氢能力达到5％以上，循环次数不低于稀土系列，贮放氢温度低于50℃。
文档编号C22C19/03GK1420188SQ0113044
公开日2003年5月28日 申请日期2001年11月18日 优先权日2001年11月18日
发明者王玉平, 齐砚勇, 徐光亮, 陈金祥 申请人:四川绵阳瑞奇科技有限公司