专利名称：一种Al-Ga-In-Sn-Zn合金及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能给汽车提供动力的铝合金材料，具体涉及一种Al-Ga-h-Sn-ai 合金及其制备方法和应用。
背景技术：
节能与新能源汽车是汽车产业振兴规划的焦点，面对全球范围日益严峻的能源形势和环保压力，世界主要汽车生产国都把发展新能源汽车作为提高产业竞争能力、保持社会经济可持续发展的重大措施。近年来，太阳能、氢能、风能、地热能等新能源的利用得到了迅速发展，其中氢能具有来源广泛、清洁环保、可储存和可再生等优点，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，世界各国均把氢能作为战略能源来研究。氢能工业化利用由于受到制氢技术、贮存技术和运输技术等三方面限制而难于实施。在制氢方面，现行工业用氢主要采用化石燃料制氢、电解水制氢和生物制氢。其中以化石燃料制氢为主，但该法95 %的原料来自于化石燃料，并没有从根本上解决能源的可持续问题，且制氢过程仍然产生二氧化碳，对环境污染的改善没有任何帮助；在贮氢方面，尚缺有效的贮氢方式。如采用气态储氢，体积庞大且能量密度低；如采用液态储氢，则要求超低温或超高压。另外，储罐制造成本高，且储罐本身过重，储氢量只占储罐质量的5% 7%。 在氢气运输方面，氢气虽然具有较好的潜在可运输性，但其极易泄漏，即使真空密封的氢燃料箱，每天泄漏率尚达2%。因此，氢能的有效利用受到上述三方面的技术限制而无法实现。 目前，氢作为车用能源主要有两种转化方式以质子交换方式的车用燃料电池发动机和以现有车用内燃机为基础的氢气内燃发动机。在车载制氢技术尚未突破之前，只好采用储存氢作为汽车能源，而采用储存氢作为汽车能源极大的增加汽车重量，与汽车轻量化发展方向相悖，且安全性欠差。因此，化解上述问题，实现移动氢能有效安全利用的途径之一，就是实现即时制氢。即采用廉价可控的制氢方式，随时制氢，随时使用。现有制氢技术难以符合车载要求， 所以，寻找新的制氢技术成为解决车用氢源问题的关键，它不仅符合当前及未来汽车市场的发展需求，而且可以有效提高相关企业产品的市场竞争能力。现采用较多的车载制氢方法是使用硼氢化物水解制氢，当溶液与硼氢化物接触时，立即产生氢气，切断溶液即终止供氢，能方便调节氢气产量和氢气产率，实现了车载制氢和即时供氢。但该法需要昂贵的催化剂，制氢成本高，高昂的成本致使其难以规模化。近年来美国和俄罗斯的科学家在铝合金水解制氢方面开展了诸多研究。如纯铝中添加某些金属元素可提高其反应活性，增强铝、水反应的同时提高氢气的产量和速率，保证氢气的即时与充足供给。所以铝与水直接反应制备氢气是实现车载制氢的最好途径，主要表现在 (1)制备过程中无碳烃化合物；( 铝合金与水反应迅速，铝合金遇水即供氢，无水即终止， 既易控制又实现了即时制氢、按需制氢，不需要或较少储氢，达到车载要求；(3)制氢仅消耗水和铝，铝转化为氢氧化铝或氧化铝，经电解又转换成铝，构成循环使用体系；(4)氢气热值高，约^700kcal/kg(汽油是10630kcal/kg) ； (5)氢气用于汽车发动机燃烧，产物是水，生成的水再与铝反应生成氢气，构成闭路循环工作系统，与开路工作系统相比，减少了能耗，并充分利用了水，是极大的进步。因此，利用铝合金水解制氢既可实现即时制氢、按需制氢，满足车载要求，又可克服目前主流制氢工艺使用碳氢物的缺陷，实现零污染物排放。中国专利CN101235451A公开了一种由10 90%的金属铝和10 90%的金属镓，通过熔融冷铸法制备镓铝合金；CN101497954A公开了采用镓铝两种原料通过真空熔炼法制备镓铝合金。CN 101613082A公开了采用镓铝两种原料粉末通过泡沫冶金法，辅以高压、烧结、成型等技术制备镓铝合金。虽然已经有文献报道利用铝合金水解制氢的技术，然而利用现有技术的合金制氢的速率和产氢率低，难以达到汽车高速运行的动力要求。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于通过对现有的铝合金水解制氢技术进行改进，提供一种Al-Ga-h-Sn-Si合金及其制备方法和应用。为了实现本发明的目的，本发明人通过大量试验研究，最终获得了如下技术方案一种Al-Ga-h-Sn-ai合金，其特征在于组成元素的质量百分比(wt% )如下
金属 Al45-97
金属( 1-20
金属 h0. 5-15
金属Sn1-10
金属 Zn0. 5-10优选地，所述的Al-Ga-h-Sn-ai合金，其特征在于组成元素的质量百分比 (wt% )如下
金属 Al90-93
金属( 3-5
金属h2-3
金属Sn1-2
金属 Si0. 5-2在本发明的一个优选的实施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-ai合金，其特征在于组
成元素的质量百分比)如下金属Al90. 5
金属Ga5
金属h3
金属Sn1
金属Si0. 5在本发明的另一个优选的实施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于 组成元素的质量百分比)如下
金属Al91.5
金属Ga5
金属h2
金属Sn1
金属Si0. 5在本发明的另一个优选的实施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于 组成元素的质量百分比)如下
金属Al92
金属Ga3
金属h3
金属Sn1
金属Si1在本发明的另一个优选的实施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于
组成元素的质量百分比)如下
金属Al92.5
金属Ga3
金属h2
金属Sn1. 5
金属Si1一种制备上述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的方法，包括以下步骤(1)在氩气保护下称取各金属Al、In、Sn、Zn、( ，用行星式球磨机球磨，球磨罐及 球磨介质均为玛瑙，球磨罐密封，填充氩气保护，球磨参数为球料比是5-30 1，球磨时间 是6-48h，转速是200r/min以上；(2)球磨完成后合金颗粒真空包装或采用惰性气体保护，所用保护气体是氩气、氮 气、氦气中的至少一种。
所述的金属Al、In、Sn、Zn粉末粒径< 200目，金属( 在液态下加入。所述金属原料的纯度>95%。与现有技术相比，本发明涉及的Al-Ga-h-Sn-Si合金及其制备方法具有如下优点和显著的进步(1)利用锡、镓、铟等多种低熔点金属破坏金属铝表面形成的氧化膜，从而提高铝的化学反应活性，达到快速制氢的效果。(2)该合金可以与冰水稳定反应，产氢率达到理论值的90%以上，其反应速率达到210. 9ml/min. g，可以满足混合动力汽车行驶的动力要求，并大大提高汽油的利用率。(3)采用机械合金化技术使多种金属粉末合金化，制备工艺简单，同时该合金在常温甚至低温(如冰水)下与水反应，产氢率可高达1182ml/g。
具体实施例方式下面通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是，本发明实施例的制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。实施例l-4Al-Ga-h-Sn_ai合金的制备(1)合金组成见表1 表1实施例1-4的铝合金组成元素质量百分比(wt% )
权利要求
1.ー种Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的质量百分比如下金属 Al45-97金属( 1-20金属 Hi0. 5-15金属Sn1-10金属 Zn0.5-10。
2.根据权利要求1所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的质量百分比 如下金属 Al90-93金属( 3-5金属h2-3金属Sn1-2金属 Si0.5-2。
3.根据权利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的质量百分比 如下金属Al90. 5金属Ga5金属h3金属Sn1金属Zn0.5。
4.根据权利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的质量百分比 如下金属Al91.5金属Ga5金属h2金属Sn1金属Zn0.5。
5.根据权利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的质量百分比 如下金属Al92金属Ga3金属h3金属Sn1金属Zn1 ο
6.根据权利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于组成元素的质量百分比如下金属Al92.5金属Ga3金属h2 。金属Sn1. 5金属Si1
7.权利要求1-6任一项所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金在制氢方面的应用。
8.一种制备权利要求1-6任一项所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的方法，包括以下步骤(1)在氩气保护下称取各金属Al、In、Sn、Zn、( ，用行星式球磨机球磨，球磨罐及球磨介质均为玛瑙，球磨罐密封，填充氩气保护，球磨参数为球料比是5-30 1，球磨时间是 6-48h，转速是200r/min以上；(2)球磨完成后合金颗粒真空包装或采用惰性气体保护，所用保护气体是氩气、氮气、 氦气中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的制备方法，其特征在于所述的金属 Al、In、Sn、Si粉末粒径< 200目，金属( 在液态下加入。
10.根据权利要求7所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的制备方法，其特征在于所述金属原料的纯度> 95%。
全文摘要
本发明涉及一种Al-Ga-In-Sn-Zn合金及其制备方法和应用，该合金包括以下组分金属Al45-97wt%、金属Ga1-20wt%、金属In0.5-15wt%、金属Sn1-10wt%、金属Zn0.5-10wt%，通过机械合金化技术制备而成。本发明的合金可以在大于等于零度下直接与水反应，达到快速制氢的效果，产氢率达到理论值的90％以上，其反应速率达到200ml/min.g，可以满足混合动力汽车行驶的动力要求，并大大提高汽油的利用率。
文档编号C22C21/00GK102409202SQ201110363208
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者常鹰, 王辉虎, 罗平, 董仕节 申请人:湖北工业大学