一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法与流程

1.本发明涉及储氢合金材料领域，具体是一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法。


背景技术：

2.储氢是氢能利用的关键环节之一，固态储氢是一种安全的储氢方式。其中，金属氢化物储氢具有储氢压力低(＜5mpa)、储氢密度高(＞50kg/m3)和氢气纯度高(＞99.999％)的优势，是一种安全高效的储氢方式。金属氢化物储氢材料按组成元素的主要种类可分为稀土系、钛系、锆系和镁系等，目前只有稀土系得到小规模商业应用。锆系和钛系吸氢量大、放氢温度低，也具备商业化应用前景，尤其是钛系储氢材料的原材料丰富、价格低，钛系储氢材料中的tife系合金、timn2系合金分别是ab型和ab2型储氢合金的典型代表，室温可逆吸放氢1.8-2.1wt％，室温下氢化物的分解压只有几个大气压，钛系储氢合金的成本仅为稀土系的三分之一，优势明显。
3.储氢合金在吸放氢前都必须进行活化，是因为合金表面中通常覆盖一层致密的氧化层，导致氢原子无法进入合金内部造成阻碍。因此在使用储氢合金吸放氢前，必须先在高温高压下进行活化，才能使氢气穿透表面之氧化层。然而当氢气进入合金内部时，合金会膨胀使颗粒爆裂而形成新的表面。所谓的活化就是指储氢合金在高温高压下第一次与氢原子反应。
4.现有的固态储氢合金，在吸放氢前，需要进行高温预处理，以改善固态储金性能，但成本较高，操作不便，依然导致固态储氢合金的吸放氢性能欠佳，以及使用效率不高等问题，因此，针对以上现状，迫切需要开发一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，以克服当前实际应用中的不足。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，包括以下步骤：（1）首先将合金颗粒放入活化瓶中；（2）然后对步骤（1）中的活化瓶进行抽真空，加热升温后，通入固定压力氢气进行活化；（3）氢气进入合金内部，合金会膨胀使颗粒爆裂成粉末而形成新的表面，活化完成。
7.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过先将合金颗粒粒径1-10mm放入活化瓶中，将瓶抽真空时间30-100min，在将瓶子升温到25-50℃后，通入30-50bar氢气固定压力，活化在一定时间，当合金吸氢量不在增
加时，表示活化完成，从而实现即使在室温条件下进行活化预处理，只需要延长真空处理的时间、增加活化的压力，即可达到与高温预处理相同的效果，且在指定合金颗粒尺寸下，真空时间越长，活化时氢气的输入压力越大，合金性能越好，活化孕育期越短，值得推广。
附图说明
8.图1为本发明实施例中抽真空时间与合金性能的关系曲线示意图。
9.图2为本发明实施例中输入氢气压力与合金性能的关系曲线示意图。
10.图3为本发明实施例中合金颗粒尺寸与合金性能的关系曲线示意图。
11.图4为本发明实施例中室温条件下合金种类与合金性能的关系曲线示意图。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
13.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
14.实施例1一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，包括以下步骤：（1）首先将合金颗粒放入活化瓶中，颗粒的粒径为3-5mm；（2）然后对步骤（1）中的活化瓶抽真空，加热升温后，通入50bar氢气固定压力进行活化；活化时间跟合金量有关，当合金吸氢量不在增加时，表示活化完成，使用50g合金进行活化时，100秒完成活化，不包含抽真空预处理的时间；（3）氢气进入合金内部，合金会膨胀使颗粒爆裂成粉末而形成新的表面，活化完成。
15.活化前，预处理调整瓶子温度和真空时间，温度对合金性能影响不大，真空时间越长，合金性能越好，如下表以及附图1所示。
16.合金颗粒粒径约3-5mm：处理方式活化压力(bar)容量(wt.%)45℃抽真空30min50bar2.5230℃抽真空30min50bar2.4830℃抽真空100min50bar2.53实施例2一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，包括以下步骤：（1）首先将合金颗粒放入活化瓶中，颗粒的粒径为3-5mm；（2）然后对步骤（1）中的活化瓶抽真空，抽真空的时间为30min，加热升温至30℃后，通入固定压力氢气进行活化；活化时间跟合金量有关，当合金吸氢量不在增加时，表示活化完成；（3）氢气进入合金内部，合金会膨胀使颗粒爆裂成粉末而形成新的表面，活化完成。
17.活化时氢气的输入压力越大，合金性能越好，活化孕育期越短，如下表以及附图2所示。
18.合金颗粒粒径约3-5mm，抽真空时间30min：合金活化孕育期(s)容量(wt.%)30oc-50bar302.4830oc-30bar2702.40实施例3一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，包括以下步骤：（1）首先将合金颗粒放入活化瓶中；（2）然后对步骤（1）中的活化瓶抽真空，抽真空的时间为30min，加热升温至30℃后，通入50bar氢气固定压力进行活化；活化时间跟合金量有关，当合金吸氢量不在增加时，表示活化完成；（3）氢气进入合金内部，合金会膨胀使颗粒爆裂成粉末而形成新的表面，活化完成。
19.活化时颗粒尺寸越大，合金性能越好，活化孕育期越短，制粉的温度、湿度都会影响合金的活化行为，如下表以及附图3所示。
20.抽真空时间30min，压力50bar，温度30℃：合金活化孕育期(s)容量(wt.%)bulk约3-5mm302.48powder约0.074mm7082.44实施例4一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，包括以下步骤：（1）首先将合金颗粒放入活化瓶中，颗粒的粒径为3-5mm；（2）然后对步骤（1）中的活化瓶抽真空，抽真空的时间为30min，加热升温至45℃后，通入50bar氢气固定压力进行活化；活化时间跟合金量有关，当合金吸氢量不在增加时，表示活化完成；（3）氢气进入合金内部，合金会膨胀使颗粒爆裂成粉末而形成新的表面，活化完成。
21.活化时在室温下进行活化，如下表以及附图4所示。
22.合金颗粒粒径约3-5mm，抽真空时间30min合金活化压力(bar)容量(wt.%)1号合金50bar2.482号合金50bar2.55需要说明的是，在本发明中，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。


技术特征：
1.一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）首先将合金颗粒放入活化瓶中；（2）然后对步骤（1）中的活化瓶进行抽真空，加热升温后，通入固定压力氢气进行活化；（3）氢气进入合金内部，合金会膨胀使颗粒爆裂成粉末而形成新的表面，活化完成。2.根据权利要求1所述的钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，其特征在于，在步骤（1）中，颗粒的粒径为3-5mm。3.根据权利要求1所述的钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，其特征在于，在步骤（2）中，使用机械泵控制抽真空时间来区分真空度，抽真空的时间为30-100min。4.根据权利要求3所述的钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，其特征在于，在步骤（2）中，将活化瓶加热升温至30-45℃，氢气固定压力30-50bar。5.根据权利要求1所述的钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，其特征在于，在步骤（3）中，在吸氢过程中，储氢合金的体积会膨胀，经过吸氢完成后的放氢阶段，储氢合金产生收缩现象，活化完成后的膨胀及收缩产生18-35%的体积膨胀率，造成颗粒脆裂，此时会产生新的接触平面，使颗粒微粉化。6.根据权利要求1所述的钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，其特征在于，所述合金为tizrmncrv合金，其成分组成摩尔比为ti:0.9-1，zr:0-0.1，mn:0.9-1.1，cr:0.1-0.5，v:0.5-0.7。

技术总结
本发明涉及储氢合金材料领域，具体是一种钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，包括以下步骤：（1）首先将合金颗粒放入活化瓶中；（2）然后对步骤（1）中的活化瓶抽真空，加热升温后，通入氢气进行活化；（3）氢气进入合金内部，合金会膨胀使颗粒爆裂成粉末而形成新的表面，活化完成，本发明钛基锆基合金使用活化方法改善固态储金性能的方法，可实现即使在室温条件下进行活化预处理，只需要延长真空处理的时间、增加活化的压力，即可达到与高温预处理相同的效果，且在指定合金颗粒尺寸下，真空时间越长，活化时氢气的输入压力越大，合金性能越好，活化孕育期越短。活化孕育期越短。活化孕育期越短。


技术研发人员：蔡升弘 林传宜 姚振东 吴智
受保护的技术使用者：海南天宇科技集团有限公司
技术研发日：2022.06.22
技术公布日：2022/9/23