一种制氢铝合金的制备方法
【专利摘要】一种制氢铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)将纯度大于99％的金属Al锭、Bi锭以及Ga-In-Sn三元合金按配比准确称量配料，Al：92.5％-98.5％，Bi：0.5％-2.5％，Ga-In-Sn三元合金：1％-5％，(2)将步骤(1)中所称量的金属Al锭置于坩埚中熔化，再将对应比例的Bi锭及Ga-In-Sn三元合金倒入，并同时用搅拌棍把合金熔体搅拌均匀，并保温1-2小时；(3)在模型中浇注自然冷却得到制氢铝合金；本发明降低成本，通过预合成方法，提高合金材料的均匀性，以提高材料制氢效率。
【专利说明】一种制氢铝合金的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料制备【技术领域】，特别涉及一种制氢铝合金的制备方法。
【背景技术】
[0002]氢气是一种理想的绿色清洁能源，并且氢能拥有非常高的燃烧热值，燃烧Ikg氢气所产生的热量，相当2.4kg甲烷或3kg汽油燃烧所产生的热量。氢能源无疑是人类最理想的能源之一。目前氢气的制备方法有很多种，最广泛的有分解水制氢、微生物制氢、铝水反应制氢，但都存在一些不足之处:
[0003]分解水制氢包括:1.电解水制氢:为了提高电解效率，电解水要在纯水中加入电解质来增大水的导电性，电解水制氢一般都是在碱性溶液中进行。传统的电解水制氢技术对电极与电解槽的腐蚀性十分大，并且电耗量大，电流效率较低，一般只有75% -85%。
2.光催化分解水制氢:福射光波的波长必须小于lOOOnm。由于实际分解时存在过电压，一般需要紫外线(<380nm)等能量较高的短波才能分解水。但是这部分光在太阳能中所占比例只有3% _4%，要提高太阳能的使用效率，就必须开发出能适应更长波长的半导体材料。
3.热化学分解水制氢:热化学分解水则是一种利用热能的方法。但是完全以热能分解纯水需要高达4000°C的温度，这在实际生产中是很难实现的。
[0004]微生物制氢:利用生物质中的微生物代谢过程(光合作用、厌氧发酵)来生产氢气。生物质能具有分布广、储量大、可再生、成本低的优点，但是所涉及的工艺和设备都比较复杂，必须依托于专门的制氢工厂才能生产出氢气，且对环境的依赖性很强。
[0005]铝水反应制氢:铝具有价格低廉、储量丰富、保存性好等优点，而且水解反应产物Al (OH)3对环境无污染，且可回收利用，是水解产氢的首选材料，但是纯铝与水反应很容易在表面生成一层致密氧化铝保护膜，阻碍铝进一步与水反应。尽管近年来科研工作者进行了相关铝水制氢合金的制备，但用了大量Ga、In等比较贵重的原料，制备成本较高。另外，所合成的合金材料成分不均匀，导致制氢效率有所下降。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制氢铝合金的制备方法，在纯销中引入多元低恪点合金Ga、In、Sn、Bi，销合金内部少部分的Ga、In、Sn、Bi元素在析出α -Al相的过程中与Al形成了固溶体，大部分Ga、In、Sn、Bi元素则以偏析相的状态存在于α-Al相晶界处，破坏Al2O3氧化膜，同时提高铝的电极电位，降低成本，另外，通过预合成方法，提高合金材料的均匀性，以提高材料制氢效率。
[0007]为了达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0008]一种制氢铝合金的制备方法，包括以下步骤:
[0009](I)将纯度大于99%的金属Al锭、Bi锭以及Ga-1n-Sn三元合金按配比准确称量配料，Al:92.5% -98.5%, B1:0.5% -2.5%, Ga-1n-Sn 三元合金_5%，其中三元合金中Ga-1n-Sn质量百分含量比为13:65:22 ；
[0010](2)将步骤⑴中所称量的金属Al锭置于坩祸中，在高温炉内保持升温速度15?200C /min，加热至710-780°C熔化，再将对应比例的Bi锭及Ga-1n-Sn三元合金倒入，并同时用搅拌棍把合金熔体搅拌均匀，并保温1-2小时；
[0011](3)将步骤(2)所得铝合金熔液进行除渣并在模型中浇注，所得材料自然冷却即为制氢铝合金。
[0012]发明的效果:利用金属Al锭、Bi锭以及Ga-1n-Sn三元合金高熔融工艺，在铝水反应中可破坏Al2O3氧化膜的同时提高铝的电极电位，提供了一种能持续与水进行反应的制氢铝合金。由于该材料成分可调性大，合成工艺简单、合成过程易于控制、结构均匀致密，产氢率高，成本较低，拓宽了该材料在制氢领域的应用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为Bi加入量0.5%、三元合金加入量I %的试样的物相分析结果，横坐标为衍射角，纵坐标为衍射峰强度，表明该材料基体相由Al主晶相及少量的GaIn3Sn金属间化合物组成。
[0014]图2为Bi加入量1%、三元合金加入量2%的试样的形貌图，由图可以看出，低熔点合金以偏析相的状态存在于铝合金中。
[0015]图3是纯铝与本发明所采用的铝合金的制氢效果对比图，其中图3A是纯铝与水混合示意图，图3B是Bi加入量1.5%、三元合金加入量3%的销合金与水混合示意图。
[0016]由图可看出制氢铝合金与水反应十分剧烈。
【具体实施方式】
[0017]实施例一
[0018]本实施例包括以下步骤:
[0019](I)将纯度大于99%的金属Al锭、Bi锭以及Ga-1n-Sn三元合金按配比准确称量配料，Al:98.5%, B1:0.5%, Ga-1n-Sn三元合金:1%，其中三元合金中Ga-1n-Sn质量百分含量比为13:65:22 ；
[0020](2)将步骤(I)中所称量的金属Al锭置于坩祸中，在高温炉内保持升温速度15°C /min，加热至710°C熔化，再将对应比例的Bi锭及Ga-1n-Sn三元合金倒入，并同时用搅拌棍把合金熔体搅拌均匀，并保温I小时；
[0021](3)将步骤(2)所得铝合金熔液进行除渣并在边长为8cm的正方形模型中浇注，所得材料自然冷却即为制氢铝合金。
[0022]参照图1为Bi加入量0.5%、三元合金加入量I %的试样的物相分析结果，横坐标为衍射角，纵坐标为衍射峰强度，可看出材料基体相由Al主晶相及少量的GaIn3Sn金属间化合物组成。
[0023]实施例二
[0024]本实施例包括以下步骤:
[0025](I)将纯度大于99%的金属Al锭、Bi锭以及Ga-1n-Sn三元合金按配比准确称量配料，Al:97%, Bi:I%, Ga-1n-Sn三元合金:2%，其中三元合金中Ga-1n-Sn质量百分含量比为 13:65:22 ；
[0026](2)将步骤(I)中所称量的金属Al锭置于坩祸中，在高温炉内保持升温速度200C /min，加热至750°C左右熔化，再将对应比例的Bi锭及Ga-1n-Sn三元合金倒入，并同时用搅拌棍把合金熔体搅拌均匀，并保温I小时。
[0027](3)将步骤(2)所得铝合金熔液进行除渣并在边长为8cm的正方形模型中浇注，所得材料自然冷却即为制氢铝合金。
[0028]参照图2为Bi加入量I %、三元合金加入量2 %的试样的形貌图，可以看出，铝合金的表面存在裂纹，低熔点合金以偏析相的状态存在于铝合金表面。
[0029]实施例三
[0030]本实施例包括以下步骤:
[0031](I)将纯度大于99%的金属Al锭、Bi锭以及Ga-1n-Sn三元合金按配比准确称量配料，Al:95.5%, B1:1.5%, Ga-1n-Sn三元合金:3%，其中三元合金中Ga-1n-Sn质量百分含量比为13:65:22 ；
[0032](2)将步骤(I)中所称量的金属Al锭置于坩祸中，在高温炉内保持升温速度180C /min，加热至780°C熔化，再将对应比例的Bi锭及Ga-1n-Sn三元合金倒入，并同时用搅拌棍把合金熔体搅拌均匀，并保温1.5小时。
[0033](3)将步骤(2)所得铝合金熔液进行除渣并在边长为8cm的正方形模型中浇注，所得材料自然冷却即为制氢铝合金。
[0034]参照图3A是纯销与水混合示意图，图3B是Bi加入量1.5%、三元合金加入量3%的铝合金与水混合示意图。由图可看出纯铝与水在常温下几乎不反应，而制氢铝合金与水混合，水面很快变浑浊，反应十分剧烈。
【权利要求】
1.一种制氢铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将纯度大于99%的金属八1锭、81锭以及三元合金按配比准确称量配料，八 1:92.5% -98.5%^ 81:0.5% -2.5%, 621-111-811 三元合金:1% -5%，其中三元合金中
质量百分含量比为13:65:22 ； (2)将步骤(1)中所称量的金属八1锭置于坩祸中，在高温炉内保持升温速度15?2000加化，加热至710-7801:熔化，再将对应比例的81锭及三元合金倒入，并同时用搅拌棍把合金熔体搅拌均匀，并保温1-2小时； (3)将步骤(2)所得铝合金熔液进行除渣并在模型中浇注，所得材料自然冷却即为制氢销合金。
2.根据权利要求1所述的一种制氢铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将纯度大于99%的金属八1锭、81锭以及三元合金按配比准确称量配料，八1:98.5%^ 81:0.5%^ 621-111-811三元合金:1 %，其中三元合金中质量百分含量比为 13:65:22 ； (2)将步骤(1)中所称量的金属八1锭置于坩祸中，在高温炉内保持升温速度151/111111，加热至7101恪化，再将对应比例的81锭及三元合金倒入，并同时用搅拌棍把合金熔体搅拌均匀，并保温1小时； (3)将步骤(2)所得铝合金熔液进行除渣并在边长为8挪的正方形模型中浇注，所得材料自然冷却即为制氢铝合金。
3.根据权利要求1所述的一种制氢铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将纯度大于99%的金属八1锭、81锭以及三元合金按配比准确称量配料，八1:97%，81:1%，6^-111-811三元合金:2%，其中三元合金中质量百分含量比为13:65:22 ； (2)将步骤(1)中所称量的金属八1锭置于坩祸中，在高温炉内保持升温速度201/―打，加热至7501:左右熔化，再将对应比例的81锭及三元合金倒入，并同时用搅拌棍把合金熔体搅拌均匀，并保温1小时； (3)将步骤(2)所得铝合金熔液进行除渣并在边长为8挪的正方形模型中浇注，所得材料自然冷却即为制氢铝合金。
4.根据权利要求1所述的一种制氢铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将纯度大于99%的金属八1锭、81锭以及三元合金按配比准确称量配料，八1:95.5%^ 81:1.5%，621-111-811三元合金:3%，其中三元合金中质量百分含量比为 13:65:22 ； (2)将步骤(1)中所称量的金属八1锭置于坩祸中，在高温炉内保持升温速度18。。/.111111，加热至7801:熔化，再将对应比例的81锭及三元合金倒入，并同时用搅拌棍把合金熔体搅拌均匀，并保温1.5小时； (3)将步骤(2)所得铝合金熔液进行除渣并在边长为8挪的正方形模型中浇注，所得材料自然冷却即为制氢铝合金。
【文档编号】C22C1/03GK104451214SQ201410757586
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】朱建锋, 呼丹, 罗灿, 赵旭, 胡凡凡, 任泽, 王子璇, 曹冬弛 申请人:陕西科技大学