[发明专利]一种V‑Ti‑Cr‑Fe贮氢合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于贮氢合金的制备领域，特别涉及一种V-Ti-Cr-Fe贮氢合金的制备方法。

背景技术

钒钛基贮氢合金具有室温贮氢量大、吸放氢速度快等优点，已在氢的贮存、提纯、压缩以及氢的同位素分离等领域应用，并在燃料电池车载、热能贮存与输送、热能与机械能转换等领域有着广阔的应用前景。目前钒钛基贮氢合金通常是采用熔炼法制备，但V-Ti-Cr-Fe贮氢合金的主要原料钒铁中间合金、金属Cr、海绵Ti的熔点分别高达1800℃、1902℃、1668℃，合金的熔点也高达1600℃左右，因而熔炼需要很高的温度。过高的熔炼温度不仅耗能，更严重的是由于Ti在高温下具有很高的活性，熔化时易与氧化铝、氧化镁、氧化锆坩埚主成分发生剧烈反应，导致合金污染和坩埚损毁。

针对Ti在高温下与常见普通坩埚主成分发生反应的问题，中国专利CN102660698A公开了一种“含钛储氢合金的真空感应熔炼方法”，采用高稳定性CaO及改性氧化钙耐火材料坩埚熔炼制备了TiFe系贮氢合金。但TiFe系储氢合金的熔点仅为1300℃左右，而V-Ti-Cr-Fe储氢合金的熔点在1600℃左右。市售CaO坩埚的最高使用温度为1600℃，1500℃下使用的最高次数约为20次。显然，V-Ti-Cr-Fe储氢合金的熔点十分接近或者已经超过CaO坩埚的最高使用温度，使用CaO坩埚熔炼该合金仍然会导致合金与坩埚反应或坩埚开裂。

真空电弧熔炼法制备高Ti含量的合金时，采用水冷铜坩埚熔炼合金可避免坩埚材料与Ti元素的反应。但真空自耗电弧熔炼需要将原材料压制成电极，这对V-Ti-Cr-Fe贮氢合金的原料中硬度较高的钒铁中间合金和金属Cr而言难度较大，且需要多次重熔以保证合金成分均匀性，工艺过程既耗能又耗时。真空非自耗熔炼熔炼的热效率差、耗能大，同时由于熔体凝固过程中合金成分容易产生偏析，因而不适于大规模的生产。

中国专利CN1522308A公开了一种“Cr-V-Ti系储氢合金的制造方法”，该方法通过铝热还原法制备出V-Ti-Cr系贮氢合金。但由于还原制得的合金氧含量较高，需将合金熔炼并加入稀土元素以降低氧含量，该方法依然面临熔炼Cr-V-Ti系储氢合金这一难题。因此该方法要求所制备的V-Ti-Cr合金熔点低于1600℃，以延长坩埚的使用寿命。这样，不仅所制备合金的成分受到了限制，仍然存在Ti与坩埚主成分反应，合金污染、坩埚损毁的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种非熔炼式V-Ti-Cr-Fe贮氢合金的制备方法，该方法不仅可避免熔炼法因原料或合金熔化温度高所导致的合金污染、坩埚损毁问题，而且所制备的合金不会出现成分上的宏观偏析。

本发明所述V-Ti-Cr-Fe贮氢合金的制备方法，以铬粉、海绵钛、FeV80合金和轻稀土为原料，工艺步骤如下：

(1)氢化钛粉、FeV80氢化物粉和轻稀土氢化物粉的制备

氢化钛粉的制备：将海绵钛在氩气保护气氛下放入反应器中，在真空、200～600℃条件下保温1～3h，保温结束后将温度继续保持在200～600℃，并向反应器中充入氢气，氢气的充入量应使反应器中的氢气压为1～6MPa，保持所述氢气压1～3h得氢化钛，然后将氢化钛冷却至室温，在氩气保护气氛下研磨后过200目筛得到氢化钛粉；

FeV80氢化物粉的制备：将FeV80合金放入反应器中，在真空、200～600℃条件下保温1～3h，保温结束后冷却至室温，然后向反应器中充入氢气，氢气的充入量应使反应器中的氢气压为3～6MPa，保持所述氢气压1～3h得FeV80合金的氢化物，将FeV80合金的氢化物在氩气保护气氛下研磨后过200目筛得到FeV80氢化物粉；

轻稀土氢化物粉的制备：将打磨掉表面氧化皮的轻稀土置于反应器中，抽真空后向反应器中充入氢气，氢气的充入量应使反应器中的氢气压为1～6MPa，保持所述氢气压1～3h得轻稀土氢化物，将轻稀土氢化物在氩气保护气氛下研磨后过200目筛得到轻稀土氢化物粉；

(2)冷压坯的制备

按照V-Ti-Cr-Fe贮氢合金的组分配比在氩气保护气氛下称取铬粉、氢化钛粉、FeV80氢化物粉和轻稀土氢化物粉并混合均匀得混合粉料，将所得混合粉料在氩气保护气氛下压制成型，得V-Ti-Cr-Fe合金冷压坯；

(3)烧结

将步骤(2)所得V-Ti-Cr-Fe合金冷压坯在真空、1250～1500℃下烧结4～8h得到V-Ti-Cr-Fe贮氢合金。