[发明专利]一种制备La2Mg17储氢合金的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备La₂Mg₁₇储氢合金的新方法，属于金属功能材料技术领域。

背景技术

作为一种新型的清洁能源，氢在制取、储存、输送及规模应用方面都还存在大量的问题。尤其是氢的储存更是成为材料科学领域研究的难点。原因是作为一种有效的储氢技术，必须同时达到一定的重量密度和体积密度、充放氢可逆性和良好的动力学性能等指标。为了开发高容量、低成本的储氢材料，人们对镁系储氢合金进行了大量研究。金属镁作为储氢材料有许多优点：1、密度小，仅为1.74g·cm^-3；2、储氢容量高，MgH₂的含氢量达到7.6Wt.％；3、资源丰富，价格低廉。但是镁的吸放氢条件比较苛刻，纯Mg与氢气需要在350℃的高温下才能反应，放氢动力学也较差，不能作为实际使用的储氢材料。

近年来，为了改善镁基材料的储氢性能，研究人员开展了大量研究。其中，La₂Mg₁₇合金因具有较高的储氢容量和较好的吸放氢动力学性能而备受关注。

传统制备La₂Mg₁₇合金的方法是将镁原料、稀土原料全部的混合物加入到熔化炉中同时熔化。但是，相对于La的熔点(921℃)，Mg的熔点(650℃)是较低的。因此，若在熔化炉中同时熔化Mg、La，必然是熔点低的Mg首先熔化而沉浸到熔化炉(坩锅)的底部，同时，若进一步加热到高温，则Mg就在La熔化前大量蒸发，成为不均质的合金。所以，一般的熔化制备方法存在这样的问题：一方面，由于镁的挥发量无法预测和控制，从而无法保证合金成分均匀稳定；另一方面，由于挥发的镁蒸汽异常活泼，稍遇空气就燃烧爆炸，所以如果设备出现异常，很容易引发安全事故，所以不宜采用真空感应熔炼或真空磁悬浮熔炼的方法来实现La₂Mg₁₇合金的熔炼。

为了解决这些问题，一些研究者在制备稀土镁系合金时采用了预先额外混合相当于蒸发损失量的Mg的方法、固相反应烧结法和正压熔炼法。但是，实际上采用第一种方法时蒸发损失的Mg量随着熔化条件的变化而变化，不能确实地得到与设计成份相符的合金，没有成为根本性的解决方案。另外，采用固相反应烧结法工艺复杂，条件也较难控制，难以适合大批量规模化生产；而采用正压熔炼受到设备限制，且工业生产安全性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备La₂Mg₁₇储氢合金的新方法。采用本发明的方法，La₂Mg₁₇合金制备工艺简单且容易实现、对设备要求低、原料损失少、合金成分容易控制且较均匀、杂质含量低；本发明方法制备的La₂Mg₁₇储氢合金具有容量高、氢化动力学性能好等特点；另外，合金的制备成本低廉，适合规模化工业生产。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种制备La₂Mg₁₇储氢合金的方法，其特征在于该方法具有如下工艺步骤：

1)按照La₂Mg₁₇化学剂量比称取纯度大于99.5％的La和Mg金属块共20～80g，置于圆柱形不锈钢坩锅中，再称取相当于原料金属总重量2～10倍的纯度为99.5％的混合盐，均匀混合后置于不锈钢坩锅中并使其完全覆盖原料金属；

2)将马弗炉的炉温升至900～1000℃，待温度稳定后，将装好样品和混合盐覆盖剂的不锈钢坩锅放入炉内，保温20min后取出搅拌，随后每隔5～20min再取出搅拌，共搅拌1～5次；然后进行下一步骤或将样品随炉冷却至850～950℃，待温度稳定后，每隔5～20min取出搅拌1次，共搅拌1～3次；

3)取出不锈钢坩锅，采取水冷的方式让其迅速降温；待样品完全冷却后，将覆盖在金属表面的盐块破碎并取出，随后收集坩锅底部的合金，将其真空密封包装，便得到La₂Mg₁₇储氢合金。

上述制备La₂Mg₁₇储氢合金的方法中所述的混合盐为NaCl、KCl、LiCl、MgCl₂、CaCl₂或CaF₂中的两种或三种。