[发明专利]一种氢同位素贮存合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氢同位素贮存合金，所述氢同位素贮存合金的化学通式为ZrCo_1‑xCr_x，其中，0<x≤0.2。本发明氢同位素贮存合金不仅具有较好的初始活化性能，首次吸氢孕育期缩短，活化容易，而且能够保持原有的放氢坪台特性、热力学特性以及储氢容量。本发明还公开了所述的氢同位素贮存合金的制备方法，包括：(1)按ZrCo_1‑xCr_x合金比例混合Zr、Co和Cr单质原料，并将混合后的原料置入磁悬浮感应熔炼炉；(2)在氩气气氛保护下进行熔炼，经冷却凝固制得合金铸锭，即所述氢同位素贮存合金。本发明方法步骤简单，安全性高，所制得的氢同位素贮存合金质地均匀，进一步提高了其活化性能。

技术领域

本发明属于氢同位素贮存与供给技术领域，具体涉及一种易活化的ZrCo基氢同位素贮存合金及其制备方法。

背景技术

随着传统一次能源的过度开采与使用，地球上的可用传统能源日益减少。发展无污染、可再生且利用率高的清洁能源变得尤为重要。

核聚变反应蕴藏着巨大的能源，并且它有着清洁、安全、高效的特点，因此，核聚变反应堆的建设和应用越来越受到人们的关注。国际热核实验反应堆(InternationalThermonuclear Experimental Reactor，简称ITER)通过氘氚等离子体燃烧而释放出巨大的核聚变能。由于反应堆在实际运行中需要根据现场工况为其供给或回收氢同位素气体，考虑到所供给气体中的氚不仅非常稀缺，而且具有放射性，因此，实现安全高效地贮存和供给氢同位素气体已经成为聚变能大规模发展与应用的关键。

氢的贮存有多种方式，从安全和高效的角度考虑，固态储氢技术是最符合ITER应用要求的。固态储氢技术可以利用金属或合金在低温高压下吸氢，在高温低压下放氢的可逆吸放氢循环特性，来实现ITER运行过程中氢同位素气体的贮存与供给。

ZrCo基合金由于具有坪台压力低(～10^-2Pa)、吸放氢速率快、无放射性以及不会发生自燃等特性，使其被列为ITER设计中氢同位素贮存与供给的重要备选材料。

在ZrCo基合金初次使用时，需要对合金进行活化处理。研究表明，ZrCo基合金本身的初始活化性能较差，加上其力学性能良好，使得活化前的机械破碎也变得非常难进行。在ITER聚变反应堆运行过程中，氢同位素气体的供给和回收都有速度和时间的限制。因此，解决ZrCo基合金的活化问题对其在聚变反应堆中的应用具有重大的意义。

发明内容

本发明针对现有技术中的ZrCo基氢同位素贮存合金普遍存在初始活化性能较差的缺点，提供了一种易活化的ZrCo基氢同位素贮存合金及其制备方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

一种氢同位素贮存合金，所述氢同位素贮存合金的化学通式为ZrCo_1-xCr_x，其中，0&lt;x≤0.2。

作为优选，所述氢同位素贮存合金中，0.025≤x≤0.1。通过加入适量的Cr，可以在晶界处形成作为氢扩散通道的ZrCr₂相，但形成过多的ZrCr₂相会减少样品的贮氢量。

本发明还提供了所述的氢同位素贮存合金的制备方法，包括：

(1)按ZrCo_1-xCr_x合金比例混合Zr、Co和Cr单质原料，并将混合后的原料置入磁悬浮感应熔炼炉；

(2)在氩气气氛保护下进行熔炼，经冷却凝固制得合金铸锭，即所述氢同位素贮存合金。

步骤(2)中，氩气的压力为1.2～1.4bar。