[发明专利]一种吸氢元件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸氢元件的制备方法，特别涉及一种太阳能热发电高温真空集热管用吸氢元件的制备方法。

背景技术

随着新能源技术产业的迅速崛起，太阳能光热利用技术也得到了长足的发展和普及，特别是太阳能热发电技术。而高温真空集热管是太阳能热发电的核心部件之一，目前高温太阳能真空集热管广泛采用以涂有吸热涂层的不锈钢管为内管、透明玻璃管为外管的双层密闭结构。玻璃管与不锈钢管之间为真空。集热管在长期的使用过程中，内管中的导热油会在高温下发生降解，产生氢气，氢气将通过不锈钢管向真空夹层内渗透，降低了真空夹层的真空度，增大了集热管的热损，从而导致集热管的集热效率下降。为了保持真空集热管在长期工作过程中的使用性能，需要在其真空夹层内安装吸氢元件以吸附氢气。

现有吸氢元件存在集热管工作温度（～400℃）下吸氢容量低，如Zr-V-Fe(US4312669)，或者是激活温度过高，如Zr-Co-Re(EP0869195)激活温度高达500℃等缺陷，难以满足太阳能真空集热管，特别是热发电高温真空集热管对高真空的实际需求。这些吸氢元件通常采用直接破碎压制成型的方法，即合金熔炼以后，经过破碎和粉磨设备制粉，然后筛分出合适粒度的粉末，压制成一定形状尺寸的元件。这种方法具有工艺简单、成本低廉的方法，但是受到破碎和粉磨设备自身的限制，不适用于韧性和强度较高的材料，大大限制了吸氢元件所用材料，因此采用此种方法制备的吸氢元件其成分通常采用以钛或锆的固溶体合金为主相、通过添加第三种金属元素形成金属间化合物为第二相的结构的脆性合金；其次，在破碎过程中，由于合金与破碎设备腔壁、介质等高强度碰撞摩擦，会引入大量杂质；第三，通过这种方法制备的吸氢材料粉体一般粒径低于300目就会由于流动性问题引起成型质量问题，这限制了吸氢元件的比表面积等，影响吸氢元件的激活温度和吸氢性能。

在文献中也有报导通过氢化粉碎的方法制备吸氢元件，这种方法利用吸氢合金在吸氢后生成具有较高脆性的氢化物相特点，解决了高强度、高韧性合金在破碎上的技术难题，但是由于在脱氢过程中，即使采用高温、高真空的苛刻条件长时间脱氢，也极难实现吸氢合金的完全脱氢，并且高温可能会导致较高的氧含量，从而降低吸氢元件的吸氢性能。因此采用这种方法制备的吸氢元件通常在低温下（室温）由于材料本征特性能够保持较高的吸氢性能，但是在高温下，如热发电用高温真空集热管工作温度（400℃），由于脱氢不完全的原因，吸氢容量很差，甚至不能吸氢。

因此，迫切需要开发一种新的吸氢元件制备方法，打破传统工艺存在的瓶颈，突破高性能吸氢元件的制备方法，特别是高温工作的太阳能集热管用吸氢元件的制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸氢元件的制备方法，通过该方法制备的吸氢元件从成分上可以采用直接破碎法无法加工的高强、高韧锆、钛基吸氢固溶体材料，并且在制备过程中避免与破碎设备、介质的强烈碰撞和摩擦，避免杂质引入，同时制备出的粉体具有较好的流动性，提高压制成型元件的比表面积；降低吸氢元件现有的激活温度、提高吸氢速率和吸氢容量。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种吸氢元件制备方法，特别是一种太阳能热发电高温真空集热管用吸氢元件的制备方法，包括如下步骤：

（1）将原材料金属和/或中间合金采用悬浮感应熔炼或中频感应熔炼得到目标成分的合金铸锭；

（2）吸氢合金铸锭在真空激活后，进行氢化处理，得到含氢合金颗粒；

（3）对合金颗粒进行球磨和筛分，使全部物料满足气流磨进料要求；采用气流磨将合金颗粒研磨成粉体；

（4）采用射频等离子体放电球化对氢化合金粉体进行球化和脱氢；

（5）将得到的球形不含氢合金粉体采用压制或烧结等方式制成吸氢元件。

步骤（2）中，将吸氢合金铸锭在室温～500℃温度范围内，抽真空至1Pa以下，保温15min～60min；冷却至室温后，通入0.1～1MPa氢气，并保持10～60min，对合金进行氢化处理，得到含氢颗粒。

步骤（3）中，采用气流磨进行研磨时，研磨气体采用氩气或氮气，工作压力为0.3～0.7MPa，分选频率为10～60Hz，产出氢化合金粉体平均粒度约为1μm～250μm；氩气或氮气的纯度≥99.99%。