本发明涉及新能源材料技术领域，特别涉及一种稀土掺杂的mg基储氢合金。
背景技术：
伴随着人类社会的不断进步和发展，人类对能源的认识和利用也在不断的革新。从早期的化石、蒸汽能到现在所常用的电能，乃至现行的风能、太阳能、潮汐能等，均为社会的繁荣和进一步发展做出了巨大贡献。目前电能已经成为主要的二次能源，主要通过煤炭、石油等化石燃料燃烧制备所得。而现今对化石燃料如煤炭石油天然气等的依赖变得愈发严重。据报道全世界能源的利用中包括将近四分之一用在了交通运输上，到本世纪中期我们将进入“能源危机时代”。以及从2012年冬天开始，一个新鲜而又让人头疼的词语走进了人们的视野－－雾霾，据人民日报经济社会报道，在2013年1月1日至4月10日这100天里，北京雾霾日数有46天，即平均每两天就有一次雾霾天。面对尴尬的现状，人们不得不重新审视现阶段能源的结构并为此而作出相应的改善措施。氢作为一种非常清洁的新型燃料不失为一种明智之选。氢燃烧后只产生水，这就意味着氢燃烧后是的零污染的。此外，氢还可以通过再生能源电解水制得。这样看来，无论从环境保护或是能源可持续发展的角度来讲，氢能是最为理想的载能体，也同样意味着储氢材料的发展前景是令人期待的。储氢合金是一种能够在一定的条件下可逆吸收、储存、释放氢气的合金。在储氢合金中氢可以原子状态存在于合金内部大量晶格间隙位置，随着外在环境的进一步改变和其内部结构的进一步优化，金属以及金属间化合物能够吸收大量的氢。这就意味着合金在储氢的同时具有更加优良放心的安全可靠性和高体积密度的储氢量。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供基于一种稀土掺杂的mg基储氢合金，从而克服现有技术的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种稀土掺杂的mg基储氢合金，其特征在于：稀土掺杂的mg基储氢合金由如下方法制备：提供mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料；按照预设化学式对mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行称重；将称重之后的mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行第一真空熔炼，得到初级mg合金锭；对初级mg合金锭进行破碎和球磨，得到初级镁合金粉；利用冷等静压法将初级镁合金粉压成松散合金锭；对松散合金锭进行热压，得到密实合金锭；对密实合金锭进行第二真空熔炼，得到第二mg合金锭；对第二mg合金锭进行破碎；对破碎之后的第二mg合金锭进行单辊急冷以得到稀土掺杂的mg基储氢合金。
优选地，上述技术方案中，其中，预设化学式为：(mg1-x-y-zcexgdyyz)ni0.95al0.05，其中，x＝0.005-0.008，y＝0.01-0.012，z＝0.003-0.005。
优选地，上述技术方案中，第一真空熔炼工艺具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为5-8min，在熔炼过程中，每熔炼30-40s将合金锭进行一次翻转。
优选地，上述技术方案中，其中，对初级mg合金锭进行球磨具体为：球磨时间为15-20h，球磨速度为500-600r/min，其中，每球磨50-60min，停止球磨5-10min。
优选地，上述技术方案中，其中，对松散合金锭进行热压具体为：热压气压低于0.03pa，热压温度为800-900℃，热压压力为10-20mpa，热压时间为30-50min。
优选地，上述技术方案中，对松散合金锭进行第二真空熔炼具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为10-15min，在熔炼过程中，每熔炼60-80s将合金锭进行一次翻转。
优选地，上述技术方案中，单辊急冷具体为：真空腔气压低于0.01pa，铜辊转速为3000-4000r/min，喷射气压为0.5-1mpa，喷口直径为0.5-1mm。
优选地，上述技术方案中，稀土掺杂的mg基储氢合金的厚度为0.2-0.4mm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：镁基合金是一种众所周知的储氢材料，目前有大量的现有技术对镁基储氢材料进行了研究和改进。在众多优化设计中，稀土掺杂的镁基合金展现出了独特的储氢性能，目前稀土掺杂的镁基合金仍然存在如下问题：1、由于制备工艺的落后，导致合金成分不均匀，无法发挥稀土元素特殊的能带结构的优势，合金储氢性能差。2、由于合金成分不均匀，而稀土元素本身的力学性能较差，脆性、硬度较大，所以合金急脆，根本不能将镁基合金加工为与器件相符的形状，导致稀土掺杂的镁基合金基本上无法实现量产实用。针对现有技术的问题，本申请设计了一种新的镁基储氢合金及其制备方法。本发明具有如下优点：首先，优化了合金成分，充分发挥了ce、gd稀土元素丰富的能带结构，对合金的费米能级进行适当的裁剪和优化，使得合金与氢元素之间的作用力得到增强，合金捕获氢元素的能力增强。其次，优化了合金制备工艺，通过熔炼、球磨、冷、热压、破碎、在熔炼以及单辊急冷的工艺，制备了力学性能良好的合金条带，本申请制备的合金条带韧性好，能够适应一定程度的机械加工。
具体实施方式
提供以下实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1
稀土掺杂的mg基储氢合金由如下方法制备：提供mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料；按照预设化学式对mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行称重；将称重之后的mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行第一真空熔炼，得到初级mg合金锭；对初级mg合金锭进行破碎和球磨，得到初级镁合金粉；利用冷等静压法将初级镁合金粉压成松散合金锭；对松散合金锭进行热压，得到密实合金锭；对密实合金锭进行第二真空熔炼，得到第二mg合金锭；对第二mg合金锭进行破碎；对破碎之后的第二mg合金锭进行单辊急冷以得到稀土掺杂的mg基储氢合金。其中，预设化学式为：(mg1-x-y-zcexgdyyz)ni0.95al0.05，其中，x＝0.005，y＝0.01，z＝0.003。第一真空熔炼工艺具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为5min，在熔炼过程中，每熔炼30s将合金锭进行一次翻转。其中，对初级mg合金锭进行球磨具体为：球磨时间为15h，球磨速度为500r/min，其中，每球磨50min，停止球磨5min。其中，对松散合金锭进行热压具体为：热压气压低于0.03pa，热压温度为800℃，热压压力为10mpa，热压时间为30min。对松散合金锭进行第二真空熔炼具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为10min，在熔炼过程中，每熔炼60s将合金锭进行一次翻转。单辊急冷具体为：真空腔气压低于0.01pa，铜辊转速为3000r/min，喷射气压为0.5mpa，喷口直径为0.5mm。稀土掺杂的mg基储氢合金的厚度为0.2mm。
实施例2
稀土掺杂的mg基储氢合金由如下方法制备：提供mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料；按照预设化学式对mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行称重；将称重之后的mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行第一真空熔炼，得到初级mg合金锭；对初级mg合金锭进行破碎和球磨，得到初级镁合金粉；利用冷等静压法将初级镁合金粉压成松散合金锭；对松散合金锭进行热压，得到密实合金锭；对密实合金锭进行第二真空熔炼，得到第二mg合金锭；对第二mg合金锭进行破碎；对破碎之后的第二mg合金锭进行单辊急冷以得到稀土掺杂的mg基储氢合金。其中，预设化学式为：(mg1-x-y-zcexgdyyz)ni0.95al0.05，其中，x＝0.008，y＝0.012，z＝0.005。第一真空熔炼工艺具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为8min，在熔炼过程中，每熔炼40s将合金锭进行一次翻转。其中，对初级mg合金锭进行球磨具体为：球磨时间为20h，球磨速度为600r/min，其中，每球磨60min，停止球磨10min。其中，对松散合金锭进行热压具体为：热压气压低于0.03pa，热压温度为900℃，热压压力为20mpa，热压时间为50min。对松散合金锭进行第二真空熔炼具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为15min，在熔炼过程中，每熔炼80s将合金锭进行一次翻转。单辊急冷具体为：真空腔气压低于0.01pa，铜辊转速为4000r/min，喷射气压为1mpa，喷口直径为1mm。稀土掺杂的mg基储氢合金的厚度为0.4mm。
实施例3
稀土掺杂的mg基储氢合金由如下方法制备：提供mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料；按照预设化学式对mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行称重；将称重之后的mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行第一真空熔炼，得到初级mg合金锭；对初级mg合金锭进行破碎和球磨，得到初级镁合金粉；利用冷等静压法将初级镁合金粉压成松散合金锭；对松散合金锭进行热压，得到密实合金锭；对密实合金锭进行第二真空熔炼，得到第二mg合金锭；对第二mg合金锭进行破碎；对破碎之后的第二mg合金锭进行单辊急冷以得到稀土掺杂的mg基储氢合金。其中，预设化学式为：(mg1-x-y-zcexgdyyz)ni0.95al0.05，其中，x＝0.006，y＝0.011，z＝0.004。第一真空熔炼工艺具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为6min，在熔炼过程中，每熔炼35s将合金锭进行一次翻转。其中，对初级mg合金锭进行球磨具体为：球磨时间为18h，球磨速度为550r/min，其中，每球磨55min，停止球磨8min。其中，对松散合金锭进行热压具体为：热压气压低于0.03pa，热压温度为850℃，热压压力为15mpa，热压时间为40min。对松散合金锭进行第二真空熔炼具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为12min，在熔炼过程中，每熔炼70s将合金锭进行一次翻转。单辊急冷具体为：真空腔气压低于0.01pa，铜辊转速为3500r/min，喷射气压为0.8mpa，喷口直径为0.8mm。稀土掺杂的mg基储氢合金的厚度为0.3mm。
实施例4
稀土掺杂的mg基储氢合金由如下方法制备：提供mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料；按照预设化学式对mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行称重；将称重之后的mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行第一真空熔炼，得到初级mg合金锭；对初级mg合金锭进行破碎和球磨，得到初级镁合金粉；利用冷等静压法将初级镁合金粉压成松散合金锭；对松散合金锭进行热压，得到密实合金锭；对密实合金锭进行第二真空熔炼，得到第二mg合金锭；对第二mg合金锭进行破碎；对破碎之后的第二mg合金锭进行单辊急冷以得到稀土掺杂的mg基储氢合金。其中，预设化学式为：(mg1-x-y-zcexgdyyz)ni0.95al0.05，其中，x＝0.01，y＝0.015，z＝0。第一真空熔炼工艺具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为6min，在熔炼过程中，每熔炼35s将合金锭进行一次翻转。其中，对初级mg合金锭进行球磨具体为：球磨时间为18h，球磨速度为550r/min，其中，每球磨55min，停止球磨8min。其中，对松散合金锭进行热压具体为：热压气压低于0.03pa，热压温度为850℃，热压压力为15mpa，热压时间为40min。对松散合金锭进行第二真空熔炼具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为12min，在熔炼过程中，每熔炼70s将合金锭进行一次翻转。单辊急冷具体为：真空腔气压低于0.01pa，铜辊转速为3500r/min，喷射气压为0.8mpa，喷口直径为0.8mm。稀土掺杂的mg基储氢合金的厚度为0.3mm。
实施例5
稀土掺杂的mg基储氢合金由如下方法制备：提供mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料；按照预设化学式对mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行称重；将称重之后的mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行第一真空熔炼，得到初级mg合金锭；对初级mg合金锭进行破碎和球磨，得到初级镁合金粉；利用冷等静压法将初级镁合金粉压成松散合金锭；对松散合金锭进行热压，得到密实合金锭；对密实合金锭进行第二真空熔炼，得到第二mg合金锭；对第二mg合金锭进行破碎；对破碎之后的第二mg合金锭进行单辊急冷以得到稀土掺杂的mg基储氢合金。其中，预设化学式为：(mg1-x-y-zcexgdyyz)ni0.95al0.05，其中，x＝0.006，y＝0.011，z＝0.004。第一真空熔炼工艺具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为10min，在熔炼过程中，每熔炼60s将合金锭进行一次翻转。其中，对初级mg合金锭进行球磨具体为：球磨时间为30h，球磨速度为800r/min，其中，每球磨100min，停止球磨20min。其中，对松散合金锭进行热压具体为：热压气压低于0.03pa，热压温度为850℃，热压压力为15mpa，热压时间为40min。对松散合金锭进行第二真空熔炼具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为12min，在熔炼过程中，每熔炼70s将合金锭进行一次翻转。单辊急冷具体为：真空腔气压低于0.01pa，铜辊转速为3500r/min，喷射气压为0.8mpa，喷口直径为0.8mm。稀土掺杂的mg基储氢合金的厚度为0.3mm。
实施例6
稀土掺杂的mg基储氢合金由如下方法制备：提供mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料；按照预设化学式对mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行称重；将称重之后的mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行第一真空熔炼，得到初级mg合金锭；对初级mg合金锭进行破碎和球磨，得到初级镁合金粉；利用冷等静压法将初级镁合金粉压成松散合金锭；对松散合金锭进行热压，得到密实合金锭；对密实合金锭进行第二真空熔炼，得到第二mg合金锭；对第二mg合金锭进行破碎；对破碎之后的第二mg合金锭进行单辊急冷以得到稀土掺杂的mg基储氢合金。其中，预设化学式为：(mg1-x-y-zcexgdyyz)ni0.95al0.05，其中，x＝0.006，y＝0.011，z＝0.004。第一真空熔炼工艺具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为6min，在熔炼过程中，每熔炼35s将合金锭进行一次翻转。其中，对初级mg合金锭进行球磨具体为：球磨时间为18h，球磨速度为550r/min，其中，每球磨55min，停止球磨8min。其中，对松散合金锭进行热压具体为：热压气压低于0.03pa，热压温度为700℃，热压压力为5mpa，热压时间为20min。对松散合金锭进行第二真空熔炼具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为20min，在熔炼过程中，每熔炼90s将合金锭进行一次翻转。单辊急冷具体为：真空腔气压低于0.01pa，铜辊转速为3500r/min，喷射气压为0.8mpa，喷口直径为0.8mm。稀土掺杂的mg基储氢合金的厚度为0.3mm。
实施例7
稀土掺杂的mg基储氢合金由如下方法制备：提供mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料；按照预设化学式对mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行称重；将称重之后的mg、ce、gd、y、ni以及al金属原料进行第一真空熔炼，得到初级mg合金锭；对初级mg合金锭进行破碎和球磨，得到初级镁合金粉；利用冷等静压法将初级镁合金粉压成松散合金锭；对松散合金锭进行热压，得到密实合金锭；对密实合金锭进行第二真空熔炼，得到第二mg合金锭；对第二mg合金锭进行破碎；对破碎之后的第二mg合金锭进行单辊急冷以得到稀土掺杂的mg基储氢合金。其中，预设化学式为：(mg1-x-y-zcexgdyyz)ni0.95al0.05，其中，x＝0.006，y＝0.011，z＝0.004。第一真空熔炼工艺具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为6min，在熔炼过程中，每熔炼35s将合金锭进行一次翻转。其中，对初级mg合金锭进行球磨具体为：球磨时间为18h，球磨速度为550r/min，其中，每球磨55min，停止球磨8min。其中，对松散合金锭进行热压具体为：热压气压低于0.03pa，热压温度为850℃，热压压力为15mpa，热压时间为40min。对松散合金锭进行第二真空熔炼具体为：真空度低于0.01pa，熔炼时间为12min，在熔炼过程中，每熔炼70s将合金锭进行一次翻转。单辊急冷具体为：真空腔气压低于0.01pa，铜辊转速为5000r/min，喷射气压为0.3mpa，喷口直径为1.5mm。稀土掺杂的mg基储氢合金的厚度为0.8mm。
对合金进行放电容量和断裂韧性测试，测试方式是本领域公知的方式，测试结果基于实施例1进行归一化，测试结果列于表1。
表1
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。