一种用于制备氢气的铝基合金的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于高纯氢气的制备领域，特别提供一种用于制备氢气的铝基合金及制备 氢气的便携装置，该装置能解决缺少氢气供应的用户获取氢气困难的问题。
【背景技术】
[0002] 氢气具有很高的燃烧值，由于燃烧产物无污染，所以氢气可作为清洁燃料使用[1 3]。在石油化工领域氢气可作为原料用于制备各种化工产品；而在电子工业领域包括：晶 体生长工艺，外延工艺，化学气相沉积，真空材料和器件的制备等均需要高纯氢气作为还原 或保护气体。但是氢气属于危险品，不易运输和存储[3]。对于用量较小，使用频繁，但附近 没有氢气供应的用户要获取氢气就显得比较困难。所以，如果能现场制备并获取氢气就显 得非常重要。这不但能及时满足用户对氢气需求，同时也解决了氢气运输和存储困难的问 题。热力学分析表明铝可与水发生放热反应并释放大量氢气。但在通常情况下由于铝表面 存在氧化膜，铝几乎不能与水反应[1'3]。如果铝能持续与水反应，便能非常方便地得到氢气。 目前，为了解决铝能与水持续反应的问题，人们采用往往采用在水中添加腐蚀性介质[4]，或 将铝粉与盐或金属混合后球磨的方法来促进铝水反应[5]。但这也相应带来诸如：容器腐蚀， 铝粉老化和存储困难等问题[7]。将铝与少量低熔点金属合金化制成块体合金后，铝即能与 水反应。这是由于分布在铝晶粒表面的低熔点金属在铝表面形成了熔点较低的界面相（熔 点接近10°c )[1'6]。这些液态金属在阻碍铝表面氧化的同时，又为铝提供了扩散通道，使得 铝与水能够持续反应并释放氢气[1'6]。由于铝水反应的温度低，另外铝水反应为放热反应， 所以铝水反应系统无需外界提供额外能量。
[0003] 参考文献：
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【发明内容】
toon] 为了克服用铝粉制备氢气遇到的容器腐蚀，铝粉老化和存储困难等问题，本发明 提供了一种用于制备氢气的铝基合金，该铝基合金能与水在常温下反应，无需添加腐蚀介 质。且该铝基合金无需特殊存储，方便实用。氢气的生成与否以及产生氢气量的多少主要 通过通入放有铝基合金的气瓶中水量来控制。
[0012] 本发明具体提供了一种用于制备氢气的铝基合金，其特征在于：所述铝基合金由 91wt. %~95. 5wt. %的Al，3wt. %~6wt. %的低榕点金属及1. 5wt. %~3wt. %的防氧化 金属组成；低烙点金属为Ga、In和Sn ;防氧化金属为Mg和Zn之一种或两种。
[0013] 本发明所述用于制备氢气的铝基合金，其特征在于：Ga、In和Sn优选的重量比为 Ga :In :Sn = (2 ~3. 5) :(0· 5 ~1. 5) :(0· 5 ~1)，优选为 Ga :In :Sn = 3. 5 :1· 5 :1。
[0014] 本发明所述用于制备氢气的铝基合金，其特征在于：所述铝基合金主要包含A1固 溶体和In3Sn两相。
[0015] 本发明还提供了所述用于制备氢气的铝基合金的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤：
[0016] (a)、中间合金Al# x的制备：根据合金成分称量配合金，其中X = 20wt. %~ 70wt. %，R为低熔点金属；合金采用真空感应炉熔炼，感应炉真空度在IX 10 3~ 4X 10 3Pa，熔炼温度为750~900°C、每次熔炼时间不低于30分钟；在熔炼过程中液态合金 采用电磁搅拌技术进行搅拌，在合金熔化后10~30分钟内，在惰性气体保护气氛下，将液 态合金浇铸到水冷铜模具中凝固；
[0017] (b)、多元A1合金的制备：将制备好的中间合金、A1以及强化A1的合金元素根据 合金成分称量配合金，合金米用常压电阻炉烙炼，烙炼温度为750~900°C、每次烙炼时间 不低于30分钟，熔炼前合金表面盖上盐类覆盖剂，在合金完全熔化后10~30分钟内，将液 态合金浇铸到水冷铜模具中凝固。
[0018] 本发明所述铝基合金可以用于制备氢气，也可用于制备崩解压裂球。
[0019] 本发明还提供了一种利用铝水反应制备氢气的便携装置，其特征在于：所述装置 由本发明所述铝基合金、气瓶和金属网组成，其中金属网设于气瓶内部，用于承托铝基合 金。
[0020] 本发明所述利用铝水反应制备氢气的便携装置，由铝基合金1、气瓶3、金属网4和 压力表8构成；其中气瓶3的上部分别设有入水口 5和排气口 6,下部设有排水口 7,外部设 有压力表8,用于监控气瓶3内压力；金属网4设于气瓶3的内部，用于承托错基合金1。使 用时，从入水口 5向气瓶3内通入水2,待水位超过金属网4与铝基合金1接触时，气瓶3中 便有氢气产生，反应生成的氢气从排气口 6排出，通入水量越多生成的氢气量越多。待不需 要氢气时，将部分水排至低于金属网4的位置即可，氢气量通过压力表8的显示获得。该装 置用铝基合金和水为制备氢气的原料，氢气在常温下即可生成，且所采用的铝基合金及其 产物无污染，合金及氢气制备工艺简单，装置便于携带。
【附图说明】
[0021] 图1利用铝水反应制备氢气的便携装置结构示意图。
[0022] 图 2 富铝合金 Al92(Ga3In2Sni)6Mg 2 和 Al95(Ga2InQ.5SnQ. 5)3Zn2 在室温为 23°C 时的铝 水反应曲线。
【具体实施方式】
[0023] 本发明实施例中采用附图1所示便携装置制备氢气，该装置由铝基合金1、气瓶3、 金属网4和压力表8构成；其中气瓶3的上部分别设有入水口 5和排气口 6,下部设有排水 口 7,外部设有压力表8,用于监控气瓶3内压力；金属网4设于气瓶3的内部，用于承托铝 基合金1。使用时，从入水口 5向气瓶3内通入水2,待水位超过金属网4与铝基合金1接 触时，气瓶3中便有氢气产生，反应生成的氢气从排气口 6排出，通入水量越多生成的氢气 量越多。待不需要氢气时，将部分水排至低于金属网4的位置即可，氢气量通过压力表8的 显示获得。使用该简易便携装置，可以在室温下方便的制备氢气。
[0024] 实施例1
[0025] 按合金的质量比Al7(](Ga15In1(]Sn 5)3。准确称取各金属，采用25公斤真空感应炉熔炼 合金，真空度在4X 10 3Pa，熔炼温度为800°C、每次熔炼时间为30分钟。