專利名稱：經釩、鐵改性的鈦鉻系儲氫合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一類新型儲氫合金的成份設計。更確切地說，本發明通過在TiCrX合金中添加V、Fe兩種改性元素，提高合金的儲氫量，從而使這類材料可以作為大規模氫源的儲氫材料，屬于儲氫合金領域。
TiCr2儲氫合金作為AB2型儲氫合金的代表之一，1978年該合金首次在美國布魯克海文國家實驗室首次被發現具有儲氫功能。1980年其發現者J.R.Johnson發表了有關該合金儲氫性能的一些報道(J.R.JohnsonJ.Less-Common Metals，1980，73345)。1983年，J.R.Johnson又報道了該合金的金屬氫化物TiCr1.8H5.3，但是此時合金的吸氫壓力超過100大氣壓，溫度為-78℃，這樣苛刻的吸氫條件非常不適合實際應用。另外由于該合金的強度很高，耐腐蝕性強，也常用作航天用材料(何玉定，曲選輝，黃伯云；J.中國有色金屬學報，1998，4568；Chen K.C.，Allen S.M.，Livingston J.D.J.Materials Science&Engineering 1998，A24262-173)。
由于TiCr2合金在通常條件下，吸氫量較低，自從發現后一直沒有得到足夠的重視。近年來，由于技術發展的需要，高容量儲氫合金的發展越來越受到人們的重視，TiCr2合金的研究也重新成為研究的熱點(Bououdina M.，Enoki H.，Akiba E.J.Alloys and Compounds 1998，281290；Beeri O.，Cohen D.，Johnson J.R.Mintz M.H.J.Alloys and Compounds 1998，267113)。但研究結果表明合金只有在氫氣壓力極高和溫度非常低條件下才能吸附大量的氫，在通常條件下合金的儲氫性能不能得到充分的發揮。
本發明試圖通過在TiCr2合金中添加V、Fe兩種元素，提高合金的儲氫量，降低合金的吸氫平臺壓力，使合金在常溫常壓條件下也具有較高的儲氫量，更適合作為大規模用氫的氫源。
V元素和Fe元素可以調節氫與金屬間的作用力，V元素同時還是重要的構成儲氫合金的重要元素之一，V在TiCrX合金中既可以取代合金中相應晶格上的Ti，又可以取代相應的Cr元素，同時Ti與V也可以形成TiV合金，該合金也是重要的儲氫合金。雖然Fe元素與氫發生反應的幾率較小，但是Fe元素可以調節氫與其他元素的作用力，改善合金的活化性能。在合金吸氫時促進氫的吸收，而放氫時又可以加快放氫的速度。基于以上理解本發明通過使用V、Fe二元素同時取代合金中的部分Cr元素，改善金屬元素與氫的結合力，明顯提高了合金的儲氫量。降低了合金的平臺壓力，合金的放氫量明顯增加。因此，本發明設計了一種新組分的儲氫合金，提高了合金的儲氫量，改善了活化條件。本發明提供的經改性的儲氫合金的組分設計為TiCrX-Y-ZVYFeZ。
其中X的范圍為1.75≤X≤2.0，推薦范圍為1.75≤X≤1.9；其中Y的范圍為0＜Y≤1.2，推薦范圍為0.3≤Y≤0.9；其中Z的范圍為0＜Z≤0.5，推薦范圍為0.05≤Z≤0.3；本發明中提出的改性鈦鉻系儲氫合金可以用通常的合金制備方法制備，具體是先按比例稱量各組分相應質量的金屬單質(金屬純度為Ti≥99％，Cr≥99％，V≥99％，Fe≥99％)，在氬氣氣氛保護下完全熔煉3～4次，即可得到相應組分的合金。如果采用釩鐵合金取代合金中的部分或全部的鈦或鐵，但合金中鈦與鐵重量比例之和要大于99％。為了粉碎該合金，可以在快淬爐中在氬氣氣氛保護下進行快淬，得到條狀或薄片狀合金。該合金在未活化時也易于與空氣接觸產生氧化，從而形成金屬氧化物抑制合金的活化性能。該合金如制備完成后長時間不使用，應置于惰性氣氛保護下。
相應合金在空氣中經機械粉碎后80目過篩，取樣進行壓力-組分-溫度測試；在吸放氫設備中對合金進行不同壓力下的吸放氫測試。測定溫度和氫氣壓力對其儲氫量的影響。
合金粉碎后，經200目過篩，用X射線衍射儀(XRD)對合金進行相組成測定，見

圖1和圖2。XRD測試結果表明當合金中引入V元素后，合金中出現了V相，檢驗出合金元素的單質形態，證明這兩種元素的引入在合金中形成了固溶體結構。
本發明提供的TiCrX-Y-ZVYFeZ合金組成中含有V、Fe兩種元素。V、Fe同時取代合金中的部分Cr元素，合金中出現了新的合金相，合金的吸放氫量得到明顯提高。
該合金的儲氫量超過2.0wt％，最高可超過3.0wt％，可以作為大規模氫源的儲氫材料，應用在燃料電池等其它方面。
權利要求
1.一種經改性的鈦鉻系儲氫合金，其特征在于(1)V和Fe兩種元素同時取代TiCrX合金中的部分鉻元素，(2)合金的組成為TiCrX-Y-ZVYFeZ，其X、Y、Z式中分別為1.75≤X≤2.0，0＜Y≤1.2，0＜Z≤0.5。
2.根據權利要求1所述的經改性的鈦鉻系儲氫合金，其特征在于合金組成為TiCrx-y-zVyFey，其中，X的范圍為 1.75≤X≤1.9；Y的范圍為 0.3≤Y≤0.9；Z的范圍為 0.05≤Z≤0.3。
3.根據權利要求1或2所述的經改性的鈦鉻系儲氫合金，其特征在于用采用釩鐵合金取代合金中的部份或全部的釩或鐵時，合金中釩鐵的重量比例之和大于99％。
全文摘要
本發明涉及一種經釩、鐵改性的鈦鉻系儲氫合金。其特征在于(1)V和Fe兩種元素同時取代TiCr
文檔編號C22C14/00GK1470661SQ0312930
公開日2004年1月28日 申請日期2003年6月13日 優先權日2003年6月13日
發明者黃太仲, 吳鑄, 夏保佳, 余學斌, 陳金舟, 倪君, 徐乃欣, 黃鐵生 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所, 中國科學院上海微系統與信息技術研究