专利名称：经钒、铁改性的钛铬系储氢合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类新型储氢合金的成份设计。更确切地说，本发明通过在TiCrX合金中添加V、Fe两种改性元素，提高合金的储氢量，从而使这类材料可以作为大规模氢源的储氢材料，属于储氢合金领域。
TiCr2储氢合金作为AB2型储氢合金的代表之一，1978年该合金首次在美国布鲁克海文国家实验室首次被发现具有储氢功能。1980年其发现者J.R.Johnson发表了有关该合金储氢性能的一些报道(J.R.JohnsonJ.Less-Common Metals，1980，73345)。1983年，J.R.Johnson又报道了该合金的金属氢化物TiCr1.8H5.3，但是此时合金的吸氢压力超过100大气压，温度为-78℃，这样苛刻的吸氢条件非常不适合实际应用。另外由于该合金的强度很高，耐腐蚀性强，也常用作航天用材料(何玉定，曲选辉，黄伯云；J.中国有色金属学报，1998，4568；Chen K.C.，Allen S.M.，Livingston J.D.J.Materials Science&Engineering 1998，A24262-173)。
由于TiCr2合金在通常条件下，吸氢量较低，自从发现后一直没有得到足够的重视。近年来，由于技术发展的需要，高容量储氢合金的发展越来越受到人们的重视，TiCr2合金的研究也重新成为研究的热点(Bououdina M.，Enoki H.，Akiba E.J.Alloys and Compounds 1998，281290；Beeri O.，Cohen D.，Johnson J.R.Mintz M.H.J.Alloys and Compounds 1998，267113)。但研究结果表明合金只有在氢气压力极高和温度非常低条件下才能吸附大量的氢，在通常条件下合金的储氢性能不能得到充分的发挥。
本发明试图通过在TiCr2合金中添加V、Fe两种元素，提高合金的储氢量，降低合金的吸氢平台压力，使合金在常温常压条件下也具有较高的储氢量，更适合作为大规模用氢的氢源。
V元素和Fe元素可以调节氢与金属间的作用力，V元素同时还是重要的构成储氢合金的重要元素之一，V在TiCrX合金中既可以取代合金中相应晶格上的Ti，又可以取代相应的Cr元素，同时Ti与V也可以形成TiV合金，该合金也是重要的储氢合金。虽然Fe元素与氢发生反应的几率较小，但是Fe元素可以调节氢与其他元素的作用力，改善合金的活化性能。在合金吸氢时促进氢的吸收，而放氢时又可以加快放氢的速度。基于以上理解本发明通过使用V、Fe二元素同时取代合金中的部分Cr元素，改善金属元素与氢的结合力，明显提高了合金的储氢量。降低了合金的平台压力，合金的放氢量明显增加。因此，本发明设计了一种新组分的储氢合金，提高了合金的储氢量，改善了活化条件。本发明提供的经改性的储氢合金的组分设计为TiCrX-Y-ZVYFeZ。
其中X的范围为1.75≤X≤2.0，推荐范围为1.75≤X≤1.9；其中Y的范围为0＜Y≤1.2，推荐范围为0.3≤Y≤0.9；其中Z的范围为0＜Z≤0.5，推荐范围为0.05≤Z≤0.3；本发明中提出的改性钛铬系储氢合金可以用通常的合金制备方法制备，具体是先按比例称量各组分相应质量的金属单质(金属纯度为Ti≥99％，Cr≥99％，V≥99％，Fe≥99％)，在氩气气氛保护下完全熔炼3～4次，即可得到相应组分的合金。如果采用钒铁合金取代合金中的部分或全部的钛或铁，但合金中钛与铁重量比例之和要大于99％。为了粉碎该合金，可以在快淬炉中在氩气气氛保护下进行快淬，得到条状或薄片状合金。该合金在未活化时也易于与空气接触产生氧化，从而形成金属氧化物抑制合金的活化性能。该合金如制备完成后长时间不使用，应置于惰性气氛保护下。
相应合金在空气中经机械粉碎后80目过筛，取样进行压力-组分-温度测试；在吸放氢设备中对合金进行不同压力下的吸放氢测试。测定温度和氢气压力对其储氢量的影响。
合金粉碎后，经200目过筛，用X射线衍射仪(XRD)对合金进行相组成测定，见
图1和图2。XRD测试结果表明当合金中引入V元素后，合金中出现了V相，检验出合金元素的单质形态，证明这两种元素的引入在合金中形成了固溶体结构。
本发明提供的TiCrX-Y-ZVYFeZ合金组成中含有V、Fe两种元素。V、Fe同时取代合金中的部分Cr元素，合金中出现了新的合金相，合金的吸放氢量得到明显提高。
该合金的储氢量超过2.0wt％，最高可超过3.0wt％，可以作为大规模氢源的储氢材料，应用在燃料电池等其它方面。
权利要求
1.一种经改性的钛铬系储氢合金，其特征在于(1)V和Fe两种元素同时取代TiCrX合金中的部分铬元素，(2)合金的组成为TiCrX-Y-ZVYFeZ，其X、Y、Z式中分别为1.75≤X≤2.0，0＜Y≤1.2，0＜Z≤0.5。
2.根据权利要求1所述的经改性的钛铬系储氢合金，其特征在于合金组成为TiCrx-y-zVyFey，其中，X的范围为 1.75≤X≤1.9；Y的范围为 0.3≤Y≤0.9；Z的范围为 0.05≤Z≤0.3。
3.根据权利要求1或2所述的经改性的钛铬系储氢合金，其特征在于用采用钒铁合金取代合金中的部份或全部的钒或铁时，合金中钒铁的重量比例之和大于99％。
全文摘要
本发明涉及一种经钒、铁改性的钛铬系储氢合金。其特征在于(1)V和Fe两种元素同时取代TiCr
文档编号C22C14/00GK1470661SQ0312930
公开日2004年1月28日 申请日期2003年6月13日 优先权日2003年6月13日
发明者黄太仲, 吴铸, 夏保佳, 余学斌, 陈金舟, 倪君, 徐乃欣, 黄铁生 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 中国科学院上海微系统与信息技术研究