一種制氫鋁合金的制備方法
【專利摘要】一種制氫鋁合金的制備方法，包括以下步驟：(1)將純度大于99％的金屬Al錠、Bi錠以及Ga-In-Sn三元合金按配比準(zhǔn)確稱量配料，Al：92.5％-98.5％，Bi：0.5％-2.5％，Ga-In-Sn三元合金：1％-5％，(2)將步驟(1)中所稱量的金屬Al錠置于坩堝中熔化，再將對(duì)應(yīng)比例的Bi錠及Ga-In-Sn三元合金倒入，并同時(shí)用攪拌棍把合金熔體攪拌均勻，并保溫1-2小時(shí)；(3)在模型中澆注自然冷卻得到制氫鋁合金；本發(fā)明降低成本，通過(guò)預(yù)合成方法，提高合金材料的均勻性，以提高材料制氫效率。
【專利說(shuō)明】一種制氫鋁合金的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種制氫鋁合金的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氫氣是一種理想的綠色清潔能源，并且氫能擁有非常高的燃燒熱值，燃燒Ikg氫氣所產(chǎn)生的熱量，相當(dāng)2.4kg甲烷或3kg汽油燃燒所產(chǎn)生的熱量。氫能源無(wú)疑是人類最理想的能源之一。目前氫氣的制備方法有很多種，最廣泛的有分解水制氫、微生物制氫、鋁水反應(yīng)制氫，但都存在一些不足之處:
[0003]分解水制氫包括:1.電解水制氫:為了提高電解效率，電解水要在純水中加入電解質(zhì)來(lái)增大水的導(dǎo)電性，電解水制氫一般都是在堿性溶液中進(jìn)行。傳統(tǒng)的電解水制氫技術(shù)對(duì)電極與電解槽的腐蝕性十分大，并且電耗量大，電流效率較低，一般只有75% -85%。
2.光催化分解水制氫:福射光波的波長(zhǎng)必須小于lOOOnm。由于實(shí)際分解時(shí)存在過(guò)電壓，一般需要紫外線(<380nm)等能量較高的短波才能分解水。但是這部分光在太陽(yáng)能中所占比例只有3% _4%，要提高太陽(yáng)能的使用效率，就必須開發(fā)出能適應(yīng)更長(zhǎng)波長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料。
3.熱化學(xué)分解水制氫:熱化學(xué)分解水則是一種利用熱能的方法。但是完全以熱能分解純水需要高達(dá)4000°C的溫度，這在實(shí)際生產(chǎn)中是很難實(shí)現(xiàn)的。
[0004]微生物制氫:利用生物質(zhì)中的微生物代謝過(guò)程(光合作用、厭氧發(fā)酵)來(lái)生產(chǎn)氫氣。生物質(zhì)能具有分布廣、儲(chǔ)量大、可再生、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是所涉及的工藝和設(shè)備都比較復(fù)雜，必須依托于專門的制氫工廠才能生產(chǎn)出氫氣，且對(duì)環(huán)境的依賴性很強(qiáng)。
[0005]鋁水反應(yīng)制氫:鋁具有價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富、保存性好等優(yōu)點(diǎn)，而且水解反應(yīng)產(chǎn)物Al (OH)3對(duì)環(huán)境無(wú)污染，且可回收利用，是水解產(chǎn)氫的首選材料，但是純鋁與水反應(yīng)很容易在表面生成一層致密氧化鋁保護(hù)膜，阻礙鋁進(jìn)一步與水反應(yīng)。盡管近年來(lái)科研工作者進(jìn)行了相關(guān)鋁水制氫合金的制備，但用了大量Ga、In等比較貴重的原料，制備成本較高。另外，所合成的合金材料成分不均勻，導(dǎo)致制氫效率有所下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種制氫鋁合金的制備方法，在純銷中引入多元低恪點(diǎn)合金Ga、In、Sn、Bi，銷合金內(nèi)部少部分的Ga、In、Sn、Bi元素在析出α -Al相的過(guò)程中與Al形成了固溶體，大部分Ga、In、Sn、Bi元素則以偏析相的狀態(tài)存在于α-Al相晶界處，破壞Al2O3氧化膜，同時(shí)提高鋁的電極電位，降低成本，另外，通過(guò)預(yù)合成方法，提高合金材料的均勻性，以提高材料制氫效率。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]一種制氫鋁合金的制備方法，包括以下步驟:
[0009](I)將純度大于99%的金屬Al錠、Bi錠以及Ga-1n-Sn三元合金按配比準(zhǔn)確稱量配料，Al:92.5% -98.5%, B1:0.5% -2.5%, Ga-1n-Sn 三元合金_5%，其中三元合金中Ga-1n-Sn質(zhì)量百分含量比為13:65:22 ；
[0010](2)將步驟⑴中所稱量的金屬Al錠置于坩禍中，在高溫爐內(nèi)保持升溫速度15?200C /min，加熱至710-780°C熔化，再將對(duì)應(yīng)比例的Bi錠及Ga-1n-Sn三元合金倒入，并同時(shí)用攪拌棍把合金熔體攪拌均勻，并保溫1-2小時(shí)；
[0011](3)將步驟(2)所得鋁合金熔液進(jìn)行除渣并在模型中澆注，所得材料自然冷卻即為制氫鋁合金。
[0012]發(fā)明的效果:利用金屬Al錠、Bi錠以及Ga-1n-Sn三元合金高熔融工藝，在鋁水反應(yīng)中可破壞Al2O3氧化膜的同時(shí)提高鋁的電極電位，提供了一種能持續(xù)與水進(jìn)行反應(yīng)的制氫鋁合金。由于該材料成分可調(diào)性大，合成工藝簡(jiǎn)單、合成過(guò)程易于控制、結(jié)構(gòu)均勻致密，產(chǎn)氫率高，成本較低，拓寬了該材料在制氫領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為Bi加入量0.5%、三元合金加入量I %的試樣的物相分析結(jié)果，橫坐標(biāo)為衍射角，縱坐標(biāo)為衍射峰強(qiáng)度，表明該材料基體相由Al主晶相及少量的GaIn3Sn金屬間化合物組成。
[0014]圖2為Bi加入量1%、三元合金加入量2%的試樣的形貌圖，由圖可以看出，低熔點(diǎn)合金以偏析相的狀態(tài)存在于鋁合金中。
[0015]圖3是純鋁與本發(fā)明所采用的鋁合金的制氫效果對(duì)比圖，其中圖3A是純鋁與水混合示意圖，圖3B是Bi加入量1.5%、三元合金加入量3%的銷合金與水混合示意圖。
[0016]由圖可看出制氫鋁合金與水反應(yīng)十分劇烈。

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例一
[0018]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0019](I)將純度大于99%的金屬Al錠、Bi錠以及Ga-1n-Sn三元合金按配比準(zhǔn)確稱量配料，Al:98.5%, B1:0.5%, Ga-1n-Sn三元合金:1%，其中三元合金中Ga-1n-Sn質(zhì)量百分含量比為13:65:22 ；
[0020](2)將步驟(I)中所稱量的金屬Al錠置于坩禍中，在高溫爐內(nèi)保持升溫速度15°C /min，加熱至710°C熔化，再將對(duì)應(yīng)比例的Bi錠及Ga-1n-Sn三元合金倒入，并同時(shí)用攪拌棍把合金熔體攪拌均勻，并保溫I小時(shí)；
[0021](3)將步驟(2)所得鋁合金熔液進(jìn)行除渣并在邊長(zhǎng)為8cm的正方形模型中澆注，所得材料自然冷卻即為制氫鋁合金。
[0022]參照?qǐng)D1為Bi加入量0.5%、三元合金加入量I %的試樣的物相分析結(jié)果，橫坐標(biāo)為衍射角，縱坐標(biāo)為衍射峰強(qiáng)度，可看出材料基體相由Al主晶相及少量的GaIn3Sn金屬間化合物組成。
[0023]實(shí)施例二
[0024]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0025](I)將純度大于99%的金屬Al錠、Bi錠以及Ga-1n-Sn三元合金按配比準(zhǔn)確稱量配料，Al:97%, Bi:I%, Ga-1n-Sn三元合金:2%，其中三元合金中Ga-1n-Sn質(zhì)量百分含量比為 13:65:22 ；
[0026](2)將步驟(I)中所稱量的金屬Al錠置于坩禍中，在高溫爐內(nèi)保持升溫速度200C /min，加熱至750°C左右熔化，再將對(duì)應(yīng)比例的Bi錠及Ga-1n-Sn三元合金倒入，并同時(shí)用攪拌棍把合金熔體攪拌均勻，并保溫I小時(shí)。
[0027](3)將步驟(2)所得鋁合金熔液進(jìn)行除渣并在邊長(zhǎng)為8cm的正方形模型中澆注，所得材料自然冷卻即為制氫鋁合金。
[0028]參照?qǐng)D2為Bi加入量I %、三元合金加入量2 %的試樣的形貌圖，可以看出，鋁合金的表面存在裂紋，低熔點(diǎn)合金以偏析相的狀態(tài)存在于鋁合金表面。
[0029]實(shí)施例三
[0030]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0031](I)將純度大于99%的金屬Al錠、Bi錠以及Ga-1n-Sn三元合金按配比準(zhǔn)確稱量配料，Al:95.5%, B1:1.5%, Ga-1n-Sn三元合金:3%，其中三元合金中Ga-1n-Sn質(zhì)量百分含量比為13:65:22 ；
[0032](2)將步驟(I)中所稱量的金屬Al錠置于坩禍中，在高溫爐內(nèi)保持升溫速度180C /min，加熱至780°C熔化，再將對(duì)應(yīng)比例的Bi錠及Ga-1n-Sn三元合金倒入，并同時(shí)用攪拌棍把合金熔體攪拌均勻，并保溫1.5小時(shí)。
[0033](3)將步驟(2)所得鋁合金熔液進(jìn)行除渣并在邊長(zhǎng)為8cm的正方形模型中澆注，所得材料自然冷卻即為制氫鋁合金。
[0034]參照?qǐng)D3A是純銷與水混合示意圖，圖3B是Bi加入量1.5%、三元合金加入量3%的鋁合金與水混合示意圖。由圖可看出純鋁與水在常溫下幾乎不反應(yīng)，而制氫鋁合金與水混合，水面很快變渾濁，反應(yīng)十分劇烈。
【權(quán)利要求】
1.一種制氫鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將純度大于99%的金屬八1錠、81錠以及三元合金按配比準(zhǔn)確稱量配料，八 1:92.5% -98.5%^ 81:0.5% -2.5%, 621-111-811 三元合金:1% -5%，其中三元合金中
質(zhì)量百分含量比為13:65:22 ； (2)將步驟(1)中所稱量的金屬八1錠置于坩禍中，在高溫爐內(nèi)保持升溫速度15?2000加化，加熱至710-7801:熔化，再將對(duì)應(yīng)比例的81錠及三元合金倒入，并同時(shí)用攪拌棍把合金熔體攪拌均勻，并保溫1-2小時(shí)； (3)將步驟(2)所得鋁合金熔液進(jìn)行除渣并在模型中澆注，所得材料自然冷卻即為制氫銷合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制氫鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將純度大于99%的金屬八1錠、81錠以及三元合金按配比準(zhǔn)確稱量配料，八1:98.5%^ 81:0.5%^ 621-111-811三元合金:1 %，其中三元合金中質(zhì)量百分含量比為 13:65:22 ； (2)將步驟(1)中所稱量的金屬八1錠置于坩禍中，在高溫爐內(nèi)保持升溫速度151/111111，加熱至7101恪化，再將對(duì)應(yīng)比例的81錠及三元合金倒入，并同時(shí)用攪拌棍把合金熔體攪拌均勻，并保溫1小時(shí)； (3)將步驟(2)所得鋁合金熔液進(jìn)行除渣并在邊長(zhǎng)為8挪的正方形模型中澆注，所得材料自然冷卻即為制氫鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制氫鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將純度大于99%的金屬八1錠、81錠以及三元合金按配比準(zhǔn)確稱量配料，八1:97%，81:1%，6^-111-811三元合金:2%，其中三元合金中質(zhì)量百分含量比為13:65:22 ； (2)將步驟(1)中所稱量的金屬八1錠置于坩禍中，在高溫爐內(nèi)保持升溫速度201/―打，加熱至7501:左右熔化，再將對(duì)應(yīng)比例的81錠及三元合金倒入，并同時(shí)用攪拌棍把合金熔體攪拌均勻，并保溫1小時(shí)； (3)將步驟(2)所得鋁合金熔液進(jìn)行除渣并在邊長(zhǎng)為8挪的正方形模型中澆注，所得材料自然冷卻即為制氫鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制氫鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將純度大于99%的金屬八1錠、81錠以及三元合金按配比準(zhǔn)確稱量配料，八1:95.5%^ 81:1.5%，621-111-811三元合金:3%，其中三元合金中質(zhì)量百分含量比為 13:65:22 ； (2)將步驟(1)中所稱量的金屬八1錠置于坩禍中，在高溫爐內(nèi)保持升溫速度18。。/.111111，加熱至7801:熔化，再將對(duì)應(yīng)比例的81錠及三元合金倒入，并同時(shí)用攪拌棍把合金熔體攪拌均勻，并保溫1.5小時(shí)； (3)將步驟(2)所得鋁合金熔液進(jìn)行除渣并在邊長(zhǎng)為8挪的正方形模型中澆注，所得材料自然冷卻即為制氫鋁合金。
【文檔編號(hào)】C22C1/03GK104451214SQ201410757586
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】朱建鋒, 呼丹, 羅燦, 趙旭, 胡凡凡, 任澤, 王子璇, 曹冬弛 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)