专利名称：钯钌新型催化材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钯钌新型催化材料及其制备方法，属于新材料新技术领域。
背景技术：
由于化工、冶金、石油、电气、航空、航天、船舶、汽车等行业的发展需要，具有高硬 度、抗氧化、氢气催化效率高、耐腐蚀，耐电弧烧蚀能力强等特点的新型钯钌催化材料已成 为急需材料，要求钯钌合金材料具有(1)氢气净化催化效率高；(2)优异的综合高温力学 性能；(3)良好的制造加工性能；(4)抗氧化、耐腐蚀；(5)优异的耐电弧烧蚀能力；(6)通过 加入多元稀有金属元素替代和节约昂贵的贵金属元素，降低了原材料成本，节约了贵金属 资源，实现贵金属有限资源的合理综合利用。钯钌合金具有优良的催化活性和选择性，能够有效地催化诸如氢化反应、氧化反 应、脱氢反应、甲醇合成、氨合成、加氢甲醛化反应等，并具有高稳定性、耐腐蚀性，以及长寿 命，在催化技术的研究、发展和应用过程中，具有举足轻重的作用。但是，纯钯性质较软，而 且资源稀少价格昂贵，钯的合金化是其强化的主要途径。钯钌合金也是氨氧化制硝酸的主要催化剂合金，同时也是部分取代钼合金催化剂 的材料，钯钌合金与廉价的稀有金属构成的合金催化网，可以取代钼铑合金网，使原材料的 成本降低65%以上，而催化转化效率不变，催化剂的寿命长达15年以上，节能降耗30%以 上。在纯钯中通常添加铑、钌、镍、钴等合金元素，得到多元系钯钌合金催化材料。钯是一种重要的钼族金属，目前价格低于钼。钯具有面心立方型晶体结构，熔点为 1552°C。钯容易吸气，残存气体对其抗拉强度性能影响较大，钯具有良好的塑性，可以进行 冷加工和热加工。钯的综合抗腐蚀性能优于银，含贱金属或银的钯合金具有比纯钯强的抗 有机物污染能力。在钼族金属中，钌具有三个同素异形体转变，在1035°C发生Ru(a)-Ru(i3)，在 11900C时发生Ru ( β ) -Ru ( γ )，在1500°C时发生Ru ( γ ) -Ru ( δ )。由于存在同素异形转变， 在不同的温度范围内，钌的部分物理性能会有所不同的变化。Ru的熔点为2250°C，它的耐 王水腐蚀和耐Cl2、Br2等气体腐蚀的性能比钼优良。Pd-Ru合金具有良好的抗氧化性能和较高的硬度，具有优于纯钯的透氢性能和较 高的强度，可用于制作氢气净化材料。Pd-Ru合金电阻材料和电接触材料，具有良好的耐磨 性能，较强的抗电弧熔焊性能和抗金属转移性能；还可用于制作人造纤维的生产中的高温 喷头材料等。钯的综合抗腐蚀性能优于银，含贱金属或银的钯合金具有比纯钯强的抗有机 物污染能力。Pd-Ru 二元合金系为一个简单的包晶系，通常凝固组织具有明显的晶内偏析。根据 国内外有关的文献资料，在Pd-Ru合金中加入适当的合金元素可细化合金组织，提高合金 的耐蚀性和力学性能等。随着化工、冶金、石油、电气、航空、航天、船舶、汽车等行业应用需求量的增加，高 硬度、抗氧化、氢气催化效率高、耐腐蚀，耐电弧烧蚀能力强的新型钯钌催化材料已成为重要材料。用作电接触材料的钯钌合金，在线路中执行着接通、断开和负载电流的任务，对电 器、开关和过载保护器等能否正常运行起着决定性作用。特别是在航空、航天等高技术领 域，对钯钌合金电接触材料的要求最为苛刻，要求具有长寿命和高可靠性。但是，经过长期 的使用发现，钯钌合金存在净化效率低，使用寿命短，耐电弧侵蚀性差，耐热性差等问题。目 前，对Pd-Ru合金进行改进的方法有(1)研制替代合金。如德国、日本、美国研制的金基合金用于部分取代Pd-Ru合金； 或者增加价格相对便宜的Ru的含量，用于减少Pd的含量等；如美国研制的PdRu50材料，日 本研制的Pd-Ru40合金，俄罗斯研究的Pd-Ru60合金等。但是该类合金加工性能差，价格也 较昂贵。(2)研究多元系合金。国内自主研究开发了 Pd-Ru-Cr-Ni、Pd-Ru-Co、Pd-Ru-RE等 新材料，使Pd-Ru合金的综合性能有所改善。(3)以过渡族金属元素代替或部份替代贵金属 元素。如已有铌、铬、锆、钨、镍等过渡族元素在PdRu合金中的成功应用，以及铌、铁、钨、锆 等过渡族元素添加到Pd中的成功应用报道，但是不能实现全部替代Pd-Ru合金的目标。
发明内容
本发明设计PdRuNbZrMoTaYbGdTb系多元合金，采用真空高频或中频熔炼炉制备 合金铸锭，再通过锻造、轧制、拉拔、热处理等工艺加工，制备新型钯钌合金，能够克服上述 所不足，具有重要意义。本发明的新型钯钌合金，其化学成份(重量％)为1.0 20.0Ru，0.1 5.0Nb， 0. 1 5. OZr, 0. 1 5. OMo, 0. 1 5. OTa, 0. 1 5. OYb, 0. 1 5. OGd, 0. 1 5. 0Tb，余量为 Pd。本发明钯钌合金的制备方法，依序包括下列工艺步骤(1)选择纯度> 99. 95%的合金原材料，根据合金化学成份配方设计要求，在真空 中频或高频熔炼炉内合金化，真空度1 X10_3Pa以上；(2)待熔体过热温度达到100°C 200°C后，进行真空浇注为板材或棒材，板材尺 寸为乒6 12mmX20 50mm，棒材尺寸为Φ8ι πι Φ 12mm，熔体的冷却速率为> IXlO4K/ s ；(3)最终制备得PdRuNbZrMoTaYbGdTb多元稀贵金属合金材料；(4)合金锭坯重量为50g lOOOg，氧含量< 0.05%;(5)合金通过锻造、轧制、拉拔、热处理等工艺制备出板状、棒状或丝材等形状的产
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ΡΠ O本发明PdRuNbZrMoTaYbGdTb多元合金的化学成分、相关系和相结构，以及新相的 形成机理、凝固组织等比较特殊；具有优异的化学、物理、力学、电学、高温性能和电接触性 能的合金，可以解决目前Pd-Ru合金作为氢气净化催化材料、电工触头材料、电阻材料及高 温合金方面存在的净化效率低，使用寿命短，耐电弧侵蚀性差，耐热性差等问题。
具体实施例方式本发明的新型钯钌合金，其化学成份(重量％ )为1. 0 20. ORu,0. 1 5. ONb, 0. 1 5. OZr, 0. 1 5. OMo, 0. 1 5. OTa, 0. 1 5. OYb, 0. 1 5. OGd, 0. 1 5. 0Tb，余量为 Pd。
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2、钯钌合金的制备方法，其特征在于依序包括下列工艺步骤(1)选择纯度> 99. 95%的合金原材料，根据合金化学成份配方设计要求，在真空 中频或高频熔炼炉内合金化，真空度1 X10_3Pa以上；(2)待熔体过热温度达到100°C 200°C后，进行真空浇注为板材或棒材，板材尺 寸为乒6 12mmX20 50mm，棒材尺寸为Φ8ι πι Φ 12mm，熔体的冷却速率为> IXlO4K/ s ；(3)最终制备得PdRuNbZrMoTaYbGdTb多元稀贵金属合金材料；(4)合金锭坯重量为50g lOOOg，氧含量< 0. 05% ；(5)合金通过锻造、轧制、拉拔、热处理等工艺制备出板状、棒状或丝材等形状的产品。本发明的新型钯钌合金材料的具体实施列为合金的熔点、密度、抗拉强度、延伸 率、硬度及电阻率等，具体如表1所示。表1. Pt合金的物理、力学和电学性能
权利要求
1.钯钌合金材料，其特征在于其化学成份重量百分比为1.0 20. ORu, 0. 1 5. ONb, 0. 1 5. OZr, 0. 1 5. OMo, 0. 1 5. OTa, 0. 1 5. OYb, 0. 1 5. OGd, 0. 1 5. 0Tb，余量为 Pd。
2.权利要求1的钯钌合金材料应用于催化领域。
3.钯钌合金材料的制备方法，其特征在于依序包括下列工艺步骤(1)选择纯度>99. 95%的合金原材料，根据合金化学成份配方设计要求，在真空中频 或高频熔炼炉内合金化，真空度ixio_3pa以上；(2)待熔体过热温度达到10(TC 20(TC后，进行真空浇注为板材或棒材，板材尺寸为 乒6 12mmX20 50mm，棒材尺寸为Φ8mm Φ 12mm，熔体的冷却速率为> lX104K/s ；(3)最终制备得PdRuNbZrMoTaYbGdTb多元稀贵金属合金材料；(4)合金锭坯重量为50g lOOOg，氧含量<0. 05% ；(5)合金通过锻造、轧制、拉拔、热处理工艺制备出板状、棒状或丝材形状的产品。
全文摘要
本发明涉及一种稀贵金属新型钯钌合金催化材料及其制备方法，属于新型催化材料。钯钌合金的重量百分比化学成份为1.0～20.0Ru，0.1～5.0Nb，0.1～5.0Zr，0.1～5.0Mo，0.1～5.0Ta，0.1～5.0Yb，0.1～5.0Gd，0.1～5.0Tb，余量为Pd。其制备方法为将钯(Pd)、钌(Ru)、铌(Nb)、锆(Zr)、钼(Mo)、钽(Ta)、镱(Yb)、钆(Gd)、铽(Tb)等合金元素，按合金设计成分要求配料，在高频或中频熔炼炉中制备成PdRuNbZrMoTaYbGdTb多元合金，合金再通过锻造、轧制、拉拔、热处理等工艺加工，最终产品形状为板状、棒状或丝材等。该合金材料具有高硬度、抗氧化、氢气催化作用明显、耐腐蚀，耐电弧烧蚀能力强等特点，是性能优良的催化材料，在化工、冶金、石油、电气、航空、航天、船舶、汽车等行业具有广泛的应用前景。
文档编号C22C5/04GK102002608SQ20101055493
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者刘满门, 崔浩, 张吉明, 杨有才, 谢明, 陈松, 陈永泰 申请人:昆明贵金属研究所