一种泡沫铝基制氢材料及其制备方法与流程

本发明属于新能源技术领域，特别涉及一种泡沫铝基制氢材料及其制备方法。

背景技术：

氢气具有高于碳氢化合物燃料三倍的燃烧热，而且其在空气中燃烧的产物是水。然而因其密度小、且其活性较大，在实际运输和存储中存在较多的问题。目前采用金属与水反应原位制氢成功地解决了该问题，所用的金属有mg、al、zn为基体的制氢材料。其中因为铝来源丰富、价格便宜、且产氢量最高，且其反应产物为铝的氧化物、氢氧化物，便于回收处理。

纯铝即使在沸水中也不反应是因为其表面有一层致密的氧化膜，阻止了铝和水的接触。各国学者都对此做了很多研究，为了防止铝表面形成氧化膜，1960年左右woodall等人发现一种al-ga合金可以在一般条件下和水反应，2005年kravchenko等人发现铝合金中加入一些低熔点金属可以产生汞齐现象阻止其氧化膜的形成，从而使合金和水反应，还有人致力于采用机械球磨法来提高铝水反应的速率和产量。2012年胡晓阳等人采用冷轧法制备出一种可与水反应的al-sn合金箔(hydrogengenerationthroughrollingusingal-snalloy)，但是该方法过程复杂，生产设备昂贵，2014年陈凯等人采用向铝合金晶界渗入镓来制备制氢合金(anovelmethodtoprepareal-gaalloywithintergranularpenetrating)，该过程中需要在低温保护气氛下进行，且产氢速率较低。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种泡沫铝基制氢材料及其制备方法，所制备的泡沫状铝合金能够提高铝水反应的活性和反应速率，使铝合金和水反应较为完全，具有产氢效率高、方法简单的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种泡沫铝基制氢材料，其原料组成及其质量分数为：铝75-90％，镁2-10％，镓2-4％，锡3.5-7％，铟或铋或47度低熔点合金中的任意一种0.5-2％，增粘剂0.9-3.8％，氢化钛1-4％。

一种泡沫铝基制氢材料制备方法，其步骤如下：

步骤一：将质量分数为75-90％的铝完全熔化后，降温至710-730℃，向熔体中立即压入质量分数为的2-10％的镁；

步骤二：依次向铝合金熔体中加入质量分数2-4％的镓、3.5-7％的锡及0.5-2％的铟或铋或47度低熔点合金中的任意一种，搅拌均匀，除去熔液表面的残渣，静置，使金属元素充分合金化并能在铝液中均匀分布；

步骤三：降温至680-690℃，向步骤二所得铝合金熔体中加入质量分数0.9-3.8％的增粘剂并搅拌，再加入质量分数1-4％的、粒径5-25μm的氢化钛颗粒使其分布均匀，在5-10mpa的压力下静置10分钟，30分钟内冷却到50-100℃。

所述步骤一中加入的镁为块状。

所述步骤二中加入的金属镓、锡、铟或铋或47度低熔点合金均为块状。

所述步骤二的静置温度为710-730℃，静置时间为10-20min。

所述步骤二搅拌时间为5min。

所述增粘剂为钙粉或者镁粉。

本发明采用熔体发泡法制成泡沫铝合金，在制备过程中选用氢化钛(tih2)作为发泡剂，选用钙粉或者镁粉作为增粘剂，其中钙粉加入后，可以在熔体中形成cao、caal2o4或al4ca，这些化合物都可以增加铝液的粘度，而且所形成的这些物质可以在铝水反应中起到活化的作用，大大提高铝和水之间的反应速率；通过添加镁及低熔点金属来提高铝的活性，使其能在室温下遇水后发生反应；该材料的成分可调性较大，制备方法简单可行，制成的泡沫状金属比表面积大，可大大提高铝水反应速率，按照普通生产的块体铝合金的制氢速率为60-80ml/g·min，而本方法生产的泡沫状铝制氢速率为120ml/g·min，制氢效率提高了50％，解决了目前室温下产氢速率低的问题，具有效率高、氢方法简单、快速、便于携带的特点，可适用于电池、动力汽车等领域。

附图说明

图1为1.0g该种泡沫铝合金在50℃水中反应的产氢速率图。

图2为实施例一所制备的泡沫铝合金bse成像图。

图3为实施例一所制备的泡沫铝合金的微观扫描图。

图4为图3中a点的局部放大图。

图5(a)为图4中c点的能谱图；图5(b)图4中d点的能谱图；图5(c)为图4中e点的能谱图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

步骤一：将质量分数为84.1％的铝放置在750℃的电炉中，待其完全熔化后，降温至715℃，向熔体中立即压入质量分数为2％的块状镁，防止其在表面燃烧，考虑到镁在高温下的烧损，加入镁的量可为理论加入量的1.1倍；

步骤二：依次向铝合金熔体中加入块状的质量分数为4％的镓、7％的锡及1％的铟，搅拌均匀，除去熔液表面产生的残渣，710℃下静置15min，搅拌5min，使金属元素充分合金化并能在铝液中均匀分布；

步骤三：降温至685℃，向步骤二所得铝合金熔体中加入质量分数为0.9％镁粉并搅拌，再加入质量分数为1％的、粒径20μm的氢化钛颗粒，加入后快速搅拌使其分布均匀，在10mpa的压力下静置10分钟，使氢化钛发泡，30分钟内冷却到80℃，即可获得泡沫状的铝合金。

从图1中可以看出，实施例一所制备的泡沫状的铝合金起始产氢速率为120ml/g·min，产氢速率较大。

图2为所得样品的金相图，通过bse成像图可看出，图中白色部分为低熔点合金所组成的第二相，可以看出第二相分布均匀，且成骨架状，将促使反应完全进行到底。

从图3、图4中可以看出，图中主要存在两种第二相，一种是亮白色的点c相，另外一种是暗白色的点d相，基体相为暗灰色的相。

从图5中可以得知，图5(a)表明亮白色的第二相为mg2sn金属间化合物，图5(b)表明颜色灰白色的第二相为富镓相,图5(c)表明基体相为al-mg-ga固溶相，且表面容易发生氧化。

实施例二

步骤一：将质量分数为82％的铝放置在750℃的电炉中，待其完全熔化后，降温至710℃，向熔体中立即压入质量分数为的3％的块状镁，防止其在表面燃烧，考虑到镁在高温下的烧损，加入镁的量可为理论加入量的1.1倍；

步骤二：依次向铝合金熔体中加入块状的质量分数为3％的镓、5％的锡及2％的铋，搅拌均匀，除去熔液表面产生的残渣，730℃下静置20min，搅拌5min，使金属元素充分合金化并能在铝液中均匀分布；

步骤三：降温至690℃，向步骤二所得铝合金熔体中加入质量分数为2％镁粉并搅拌，再加入质量分数为3％的、粒径20μm的氢化钛颗粒，加入后快速搅拌使其分布均匀，在7mpa的压力下静置10分钟，使氢化钛发泡，30分钟内冷却到100℃，即可获得泡沫状的铝合金。

实施例三

步骤一：将质量分数为78.7％的铝放置在750℃的电炉中，待其完全熔化后，降温至730℃，向熔体中立即压入质量分数为的10％的块状镁，防止其在表面燃烧，考虑到镁在高温下的烧损，加入镁的量可为理论加入量的1.1倍；

步骤二：依次向铝合金熔体中加入块状的质量分数为2％的镓、3.5％的锡及0.5％的47度低熔点合金，搅拌均匀，除去熔液表面产生的残渣，720℃下静置10min，搅拌5min，使金属元素充分合金化并能在铝液中均匀分布；

步骤三：降温至688℃，向步骤二所得铝合金熔体中加入质量分数3.8％钙粉并搅拌，再加质量分数1.5％的、粒径20μm的氢化钛颗粒，加入后快速搅拌使其分布均匀，在5mpa的压力下静置10分钟，使氢化钛发泡，30分钟内冷却到50℃，即可获得泡沫状的铝合金。