[发明专利]一种储氢无裂纹锆钛铜合金电极源片的制备工艺

说明书

本发明公开了一种储氢无裂纹锆钛铜合金电极源片的制备工艺，(a)采用金属钛、金属锆和金属铜作为原料，根据原料的配比，采用水冷铜坩埚电磁感应真空悬浮熔炼的方法制备锆钛铜合金；(b)将步骤(a)得到的锆钛铜合金锭加工成一定形状和尺寸的样品，并对其表面进行一系列预处理；(c)将步骤(b)得到的锆钛铜合金样品进行吸氢反应，制备出成品。本发明的将从更为本质的材料本身着手，重点研制一种性能优良的合金材料，这种合金材料能够在吸氢过程中，通过某些微量元素的钉扎作用，减少因氢化作用产生的体涨和氢脆效应。

技术领域

本发明涉及金属储氢材料和储氢电极制备技术领域，具体涉及一种储氢无裂纹锆钛铜合金电极源片的制备工艺。

背景技术

金属氢化物(氢包括全部三种同位素，即氕、氘和氚)常应用于放电电极，如真空弧离子源电极。在电极之间发生放电的过程中，将产生丰富的氢离子和各价态金属离子。传统的金属氢化物电极采用体材吸氢的方法制备，这种方法先加工一定尺寸的金属或合金电极，然后在高温下吸氢，体胀后获得所需尺寸的金属氢化物电极。由于体涨和氢脆效应，这种方法制备的金属氢化物易产生宏观裂纹，严重影响到金属氢化物电极源片的放电稳定性。目前在储氢电极制备领域已有一些发明专利，发明人彭宇飞的：金属氢化物电极制备方法和装置及其使用方法ZL201410241645.4记载的一种采用粉末热压成型的方式制备金属氢化物电极，具有氢钛比高和无裂纹的优势，但也存在一定的缺陷：在强脉冲放电下易发生电极源片表面大面积喷裂的现象，影响放电稳定性的同时也大大降低了电极源片的使用寿命。此外，发明人王韬的：一种无裂纹氢化钛电极源片的制备工艺ZL201510291419.1详述了纯钛电极吸氢后无裂纹的工艺方法，这种制备工艺方法确实能够显著减少宏观裂纹，但也存在一定的缺陷：首先是该制备工艺下的良品率较低，对不同厂家批号的原材料工艺控制参数有显著的差别；第二是这种方法减少的是宏观大裂纹，即满足肉眼无法观察到明显的宏观裂纹，但采用100X的光学显微镜观察仍然存在大量的宏观微裂纹；第三，这种方法制备的氢化钛源片虽然能够满足无宏观裂纹的要求，但其力学性能，即氢脆的问题并未得到根本性的解决。发明人宋西平的：一种无裂纹锆合金的制备工艺201310143639.0记载了普通工业用锆合金原料高温吸氢后形成无裂纹储氢高合金的工艺方法，这种制备工艺方法仍然难以避免良品率低以及力学性能差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储氢无裂纹锆钛铜合金电极源片的制备工艺，通过微量铜纳米晶的弥散分布，增强合金的组织结构力学性能，在合金高温吸氢后能够抵抗因氢脆作用产生的微裂纹继续扩张成为更大的裂纹，极大的解决目前工艺生产出来的金属氢化物电极源片良品率低、力学性能差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种储氢无裂纹锆钛铜合金电极源片的制备工艺，包括以下步骤：

(a)采用金属钛、金属锆和金属铜作为原料，根据原料的配比，采用水冷铜坩埚电磁感应真空悬浮熔炼的方法制备锆钛铜合金；

(b)将步骤(a)得到的锆钛铜合金锭加工成一定形状和尺寸的样品，并对其表面进行一系列预处理；

(c)将步骤(b)得到的锆钛铜合金样品进行吸氢反应，制备出成品。

本发明针对的是现有工艺制造出来的产品其存在力学性能差的问题，现有技术中，无论是普通的单质金属如钛，抑或合金材料锆合金，在高温吸氢过程中都无法避免宏观裂纹以及力学性能差的问题，只能通过调节吸氢工艺参数，减慢吸氢速率，尽量使氢原子能够在高温下均匀，缓慢的渗入材料中，从而减少宏观裂纹和克服力学性能严重下降的问题。这个问题的根源在于氢化后材料的氢脆效应是无法避免的，前期的工作集中于优化高温氢化工艺。而本发明的将从更为本质的材料本身着手，重点研制一种性能优良的合金材料，这种合金材料能够在吸氢过程中，通过某些微量元素的钉扎作用，减少因氢化作用产生的体涨和氢脆效应。

所述的步骤(a)包括以下具体步骤：