一种用于贮存氚的ab型储氢合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及储氢合金技术领域，具体而言，涉及一种用于贮存氚的AB型储氢合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]氚是一种重要战略资源，在能源、国防等重要的领域均具有举足轻重的作用。氚作为一种人工核素，目前仅能通过核反应堆和加速器的核反应获得，并且氚会通过自发β衰变成氦3，半衰期仅为12.33a。氚的稀缺性、放射性以及在能源和国防领域的关键作用，决定了实现涉氚系统中氚的快速、安全、可靠的贮存，输运，供给的重要性。
[0003]氚的安全处理、储存以及运输需要所用的储氢合金室温下氢(氚)化物平衡压力尽可能低，以保障放射性氚的高效吸收，尽可能避免氚在转运过程中进入环境，造成氚的浪费；另一方面，需要储氢合金具有良好的循环寿命和较低的氚滞留量，避免氚在储氢合金中的不可逆滞留。由此，选择合适的贮氚材料，对于可控核聚变堆的发展是极为重要的关键技术之一O
[0004]现有的贮氚材料由于无法兼顾高贮氚容量、高稳定性、低平衡离解压力、良好的吸放氢动力学性能及较强固氦能力等特性，尚无法完全满足技术需求。而用于氚的贮存、供给与回收的贮氚材料却又是制约可控核聚变能最终实现商业应用的关键技术问题之一，同时也是中子管等涉氚技术领域实现进一步安全、可靠发展的关键技术之一。
[0005]现有的涉氚系统中使用的贮氚材料一般为单质铀，铀具有吸放氢(氚)动力学性能佳、室温离解平衡压低(10—3Pa)等优势，但其作为一种核材料，又存在贮氢容量偏低(140ml/g)，氢化易粉化、事故条件下易发生自燃，释氢(氚)温度高等缺点，不能完全满足可控聚变反应堆等涉氚工程技术领域中氚的安全贮存、运输以及供给系统对贮氚材料的技术要求。
[0006]金属间化合物AB型储氢合金以ZrCo合金为代表，具有优良的低压氢同位素捕捉能力，吸放氢(氚)动力性能、良好的固氦能力以及相对温和的释氢条件，是目前研究较多的一种可用于氚的安全操作、输运以及储存的材料。然而ZrCo合金在使用过程中会发生氢致歧化反应，生成热力学稳定的ZrH2相和ZrCo2相，造成不可逆储氢容量的损失以及其自身循环使用寿命的下降。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种用于贮存氚的AB型储氢合金，此储氢合金具有良好的抗氢致歧化性能，优异的吸放氢动力学性能及室温氢化物平衡压力。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种用于贮存氚的AB型储氢合金的制备方法，以对AB型储氢合金的制备做指导。
[0009]本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的:
[0010]一种用于贮存氚的AB型储氢合金，其组分通式为Zn—xTixC0l—yFey，其中0.10.4，0.1 <y <0.2。
[0011]另外，一种上述用于贮存氚的AB型储氢合金的制备方法，包括按照配比，将各原料混合后置于无氧、充满惰性气体、6X 14?8 X 14Pa的环境条件下熔炼，待其冷却为铸锭后退火。
[0012]相对于现有技术，本发明包括以下有益效果:本发明是在AB型ZrCo合金的基础上，分别用Ti元素(钛元素)替代A侧Zr元素(锆元素)，用Fe元素(铁元素)替代B侧Co元素(钴元素)，再通过退火，使合金得到较为均匀的立方晶系合金。其中，Ti元素的添加可以改变合金氢(氚)化物晶格内氢(氚)原子在间隙位的占位分布，可大幅降低Zr元素和Co元素在反复吸放氢(氚)循环过程或高温氢(氚)气氛中发生氢(氚)致歧化反应，以生成热力学稳定的ZrH2和ZrCo2相所导致不可逆储氢容量的损失，Ti元素的添加能够增强ZrCo合金的抗氢(氚)致歧化性能，提升ZrCo合金的循环使用寿命。但Ti元素替代含量的增加会导致ZrCo合金氢(氚)化物坪台压力的提升以及吸氢(氚)动力学性能的下降，所以成分原料中又加入了Fe元素。Fe元素的添加能够提高ZrCo合金吸放氢(氚)动力学性能，降低ZrCo合金氢(氚)化物平衡压力，其能够有效改善因Ti元素添加而导致的吸氢(氚)动力学性能与热力学性能的衰减，补足缺漏。
[0013]本发明提供的储氢合金为低平衡压的储氢合金，其具有室温平衡压力坪台低于I(T1Pa、吸放氢(氚)速率快、循环寿命优良、抗氢致歧化以及贮氢(氚)容量大等优点。对于低平衡压条件下氢及其同位素的安全处理，储存、运输以及回收等工况，具有非常显著的应用优势。此外，本发明的制备方法操作简单、易于实现、效率高，而且成本低。
【附图说明】
[0014]为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1 是Zr0.gT1.1Co0.9Fe0.1 储氢合金放氢 P-C-T 曲线；
[0016]图2是 Zr0.8T1.2Co().9Fe().1储氢合金放氢 P-C-T曲线；
[0017]图3 是 Zr0.τΤ?ο.3Co0.9Fe0.1 储氢合金放氢 P-C-T 曲线；
[0018]图4是储氢合金的773K氢致歧化动力学曲线；
[0019]其中(a)、(b)、(c)、(d)分别为Zr0.9T1.1Co0.9Fe0.hZr0.8T1.2Co0.9Feo」、Zr0.7T1.3Co0.9Fe0.1、现有的ZrCo合金的氢致歧化动力学曲线；
[0020]图5是Zr0.8T1.2Ccn—yFey合金活化后的室温(300K)、压力为10kPa吸氢动力学曲线对比图，
[0021 ]其中(a)、(b)分别为 21'0.8!'；[().200().8?6().2合金、21'().81'；[().200().9?6().1合金的吸氢动力学曲线；
[0022]图6是ZrQ.7TiQ.3C01—yFey合金活化后的室温(300K)、压力为10kPa吸氢动力学曲线对比图，
[0023]其中(a)、(b)分别为21'0.7!'；[().300().8卩6().2合金、21'().71'；[().300().9卩6().1合金的吸氢动力学曲线；
[0024]图7是本发明提供的X射线衍射图，
[0025]其中(a)、(b)、(c)分别为ZrojT1.1CoojFe0.hZr0.sT1jCo0.sFeoj、Zr0.7T1.3Co().8Fe().2的X射线衍射图。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品O
[0027]下面对本发明实施例的用于贮存氚的AB型储氢合金及其制备方法进行具体说明。
[0028]用于贮存氚的AB型储氢合金的组分通式为Zn—xTixC01—yFey，其中0.1 <χ<0.4，0.1<y <0.2。
[0029]其中，x、y优选满足0.1<x<0.2，0.1 Sy <0.15，Zr、T1、Co、Fe的原料纯度均在
99%以上。以高纯度原料来制取储氢合金，能够满足储氢合金自身的高标准，而且还能制得性能较好的储氢合金。
[0030]另外，用于贮存氚的AB型储氢合金的制备方法包括，按照配比，将各原料混合后置于无氧、充满惰性气体、6 X 14?8 X 14Pa的环境条件下熔炼，待