[发明专利]一种增强ZrCo合金抗二氧化碳毒化性能的方法

说明书

本发明公开了一种增强ZrCo合金抗COsubgt;2/subgt;毒化性能的表面重构方法，包括：提供活化态ZrCo氢同位素贮存合金；活化态ZrCo氢同位素贮存合金在Hsubgt;2/subgt;+COsubgt;2/subgt;混合气中室温吸氢饱和，再在Hsubgt;2/subgt;+COsubgt;2/subgt;混合气背压下520‑650℃高温完全脱氢。本发明还提供了通过所述表面重构方法制备得到的具有抗COsubgt;2/subgt;毒化性能的ZrCo合金。本发明采取原位表面重构的改性策略，解决了ZrCo合金抗COsubgt;2/subgt;毒化能力差的问题。本发明步骤简单，安全性高，对于促进ZrCo合金在氢同位素储存领域的应用和推广具有重要意义。

技术领域

本发明涉及氢同位素贮存与供给技术领域，具体涉及一种增强ZrCo合金抗CO₂毒化性能的表面重构方法以及一种具有抗CO₂毒化性能的ZrCo合金。

背景技术

随着社会的发展，各国对能源的需求量与日俱增，传统化石能源的开采和使用造成了能源危机和环境污染，人类需要发展可再生、无污染的清洁能源。氘氚的核聚变反应蕴含着巨大的能量(D+T→⁴He+n+17.6MeV)，合理的利用这些能量就可以得到清洁、安全、高效的能源。因此，世界各国合作搭建了国际热核实验反应堆(International ThermonuclearExperimental Reactor，简称ITER)，不断研发和优化可控核聚变技术。

在反应堆在实际应用中，氢同位素气体需要可控的供给和回收技术。

考虑到同位素气体中的氚不仅具有放射性，而且非常稀缺，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。在众多的氢同位素气体储存方式中，固态储氢具有安全和高效的特点，因此成为ITER应用要求的首选方式。固态储氢技术可以利用材料在低温高压下吸氢，在高温低压下放氢的氢循环特性，来实现ITER运行过程中氢同位素气体的贮存、供给与回收。ZrCo基合金因具有室温吸氢坪台压力低(～10^-3Pa)、在高纯H₂中吸放氢速率快、无放射性以及低自燃等特性而受到了广泛的关注。

然而，ZrCo在实际应用中也会遇到一些问题。例如，在ITER的运行过程中，由于氘氚聚变反应产生的高温对设备材料的烧蚀作用，CO₂等杂质气体会不可避免的混杂在氢同位素气体中，CO₂等杂质气体的出现会严重减慢ZrCo合金的吸氢速度，当杂质气体达到一定含量时，贮氢合金会完全失去活性，从而影响了ZrCo在ITER中的应用。对ZrCo合金进行表面改性，提高合金的抗毒化能力，是延长其使用寿命的有效方法。

针对ZrCo合金的抗毒化性能改善，研究人员已经提出了几种方案。例如，北京有色金属研究院在ZrCo合金表面修饰了Pd或Pd-Ag化学镀层，研究发现镀覆保护层后的PdAg/ZrCo合金，其抗CO、CO₂、CH₄、N₂、O₂等杂质气的能力增加。中国工程物理研究院将致密的SiO₂包裹在ZrCo合金表面，提高了合金抗CO、CO₂和空气毒化的能力(增强ZrCo合金抗CO、CO₂、空气毒化以及抗粉化性能的方法，专利号：ZL201410532678.4)。但是，上述工艺也存在一些不足，即都需要单独对ZrCo包覆其它物质的工序，这会导致样品的质量储氢容量下降，并且增加了制备样品的难度和不确定性。同时，包覆的保护层与ZrCo结合不紧密，容易在循环使用的过程中脱落从而造成抗毒化性能的下降。另外，Pd/Ag的成本也较高，不利于规模化推广应用。

综上所述，对ZrCo进行表面改性以提高其抗毒化新能在氢同位素领域的应用具有重大的意义。

发明内容