[发明专利]一种钛/锆基储氢合金粉的制备方法

说明书

一种钛/锆基储氢合金粉的制备方法，属于储氢合金材料领域。将海绵钛、海绵锆、锰铁合金块、钒铁合金块、稀土块等高纯颗粒原料氢化、高能破碎、脱氢、二次破碎，得到超细低氧的钛/锆基储氢合金粉末。本发明从源头控氧，并在氢化脱氢过程中严格控氧；制粉过程中，合金元素与Ti/Zr在高能破碎及脱氢过程中发生机械合金化及扩散，保证了成分均质化；提出以10μm以下的超细低氧钛/锆合金粉末作为钛/锆基储氢合金的原材料，避免了传统工艺用粗粉在反复充放氢过程中出现粉化、堵管等问题，大幅度提高储氢罐的使用寿命；此外，超细钛/锆基储氢合金粉末比表面积大，吸放氢动力学性能好，在后续使用中将大幅度缩短加氢时间，具有流程短，成本低等优点。

技术领域

本发明属于储氢合金材料领域，提供了一种钛/锆基储氢合金粉的制备方法。

背景技术

储氢是氢能利用的关键环节之一，固态储氢是一种安全的储氢方式。

储氢合金按组成元素的主要种类可分为稀土系、钛系、锆系和镁系等，目前只有稀土系、钛系和锆系储氢材料得到实际应用。Ti系储氢材料具有原材料丰富、吸氢量大、放氢温度低等优点，其中TiFe合金、TiMn₂合金分别是AB型和AB₂型储氢合金的典型代表，室温可逆吸放氢1.8-2.1wt％，室温下氢化物的分解压只有几个大气压，钛系储氢合金的成本仅为稀土系的三分之一，优势明显，但批量制备困难使其难以大规模推广应用。传统的钛基储氢合金的生产方法为：将单质纯原料按照一定比例熔炼，为保证成分均匀性需将合金铸锭进行多次熔炼；然后将合金块在氮气或氩气氛围内破碎成粗粉，粒径为70-100μm，获得储氢所需的钛合金粉，再在抽真空的反应釜内充入氢气，合金吸氢后，进行重复吸氢脱氢，经多次重复后，吸氢量才能达到最大。然而，由于钛的化学性质活泼，仍没有盛放钛液的坩埚，传统熔铸工艺无法适用于钛合金，钛合金的熔炼温度高，程序复杂，熔炼困难，目前变通的方法是采用真空自耗电极或EB炉熔炼，增加了成本。同时，将熔铸锭破碎制成钛合金粉，效率低，颗粒70-100μm较粗，在反复的充放氢的过程中，粗颗粒钛合金粉易逐渐破碎成微细的粉末，出现粉化、堵管等情况，影响使用寿命。因此，如何低成本制备高品质的钛基储氢合金粉末具有重要的意义，并在使用过程中不会因反复充放氢带来粉化问题。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种钛/锆基储氢合金粉的制备方法，将海绵钛、海绵锆、锰铁合金块、钒铁合金块、稀土块或M金属粉等系列高纯原料采用氢化、高能破碎、脱氢、二次破碎、筛分等工艺，制备出超细低氧的钛/锆基储氢合金粉末。首先，从源头控氧，以高纯粗颗粒海绵钛、铁锭、锰块等为原料，通过严格的氢化脱氧制粉控氧，制备出超细低氧钛/锆基储氢合金粉，高能破碎过程中合金元素粉末与钛/锆粉末机械合金化，并在脱氢过程中扩散合金最终达到源头控氧且成分均匀化的目的。其次，提出利用粉末冶金的方法制备钛/锆合金粉末，解决了传统熔铸工艺制备钛/锆基储氢合金粉末的难题，不需要大型熔炼设备，流程短，成本低。此外，提出制备超细低氧的钛/锆合金粉末作为钛/锆基储氢合金的原材料，粉的粒径在10μm以下，在后续反复充放氢过程中不易破碎，有效避免了传统工艺用粗粉(70～100μm)在反复充放氢过程中脆化破碎成细粉而造成粉化的问题，后期在储氢使用过程中不会带来掉粉、堵管等问题，将大幅度提高材料的使用寿命。不仅如此，超细的钛/锆基储氢合金粉末比表面积大，吸放氢动力学性能好，在后续使用中，将大幅度降低加氢时间，效率提高。本发明生产工艺简单可控，可实现大批量低成本生产，对钛/锆基储氢合金的发展具有重大的意义。

为了获得上述的一种钛/锆基储氢合金粉的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

(1)将系列高纯原料按照原子百分比进行称量，包括海绵钛、海绵锆、锰铁合金块、钒铁合金块、稀土块、钒块、钛钒合金块、铁铝合金块、铝钒合金块或M金属粉，随后装入旋转炉中进行氢化，氢化温度为300～600℃，保温3～10h，获得氢化颗粒；

(2)将步骤(1)中所述氢化颗粒在高纯氩气保护下进行高能破碎，球料比4:1～10:1，破碎时间为30～60h，破碎后得到超细低氧的氢化钛/锆合金粉；