專利名稱：一種貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎂基儲(chǔ)氫材料具有廣闊應(yīng)用前景，因?yàn)閮?chǔ)氫容量大、重量輕，加上地球上鎂和氫氣的資源豐富。鎂基貯氫合金作為電極材料應(yīng)用時(shí)存在的主要問題是動(dòng)力學(xué)性能較差以及充放電循環(huán)中容量衰減快。大量的研究表明，鎂基貯氫材料通過適當(dāng)?shù)闹苽涔に嚺c動(dòng)力學(xué)性能良好的稀土貯氫合金如LaNi5復(fù)合，可明顯改善鎂基儲(chǔ)氫材料的動(dòng)力學(xué)性能，由此獲得一類新型稀土-鎂-鎳系高容量復(fù)合儲(chǔ)氫電極材料?，F(xiàn)有鎂基貯氫材料的生產(chǎn)工藝，將鎂、鎳、稀土等多元材料混合在一起要獲得均勻、穩(wěn)定的成分，工藝復(fù)雜，特別是要獲得具有貯氫性能的Mg2Ni單相，難度更大。但是，由于鎂的沸點(diǎn)1107°C，低于鎳的熔點(diǎn)1452°C，所以，鎂基貯氫材料生產(chǎn)過程中直接添加鎂容易造成鎂的氣化而大量損耗，無法準(zhǔn)確控制合金的成份。同時(shí)，大量的鎂蒸汽在爐內(nèi)壁沉積，遇到明火容易爆炸，造成安全事故。而采用稀土鎳鎂中間合金作為二次添加的中間合金能起到成分調(diào)節(jié)和穩(wěn)定成分的效果，更便于獲得所需成分的多元鎂基貯氫材料。另外，現(xiàn)有冶金行業(yè)用鎳鎂合金，鎂含量不穩(wěn)定，難以達(dá)到電池材料用鎳鎂合金的要求，特別是雜質(zhì)元素超標(biāo)問題難以控制，直接影響貯氫材料的性能。因此，中間合金的質(zhì)量是生產(chǎn)稀土-鎂-鎳系高容量復(fù)合儲(chǔ)氫電極材料的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種成分穩(wěn)定，適合貯氫材料添加的貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金及其制備方法。本發(fā)明的貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金，其組成成分質(zhì)量百分配比為 Mg 40-65%, Ni 30-55%, RE 1-5%， Fe 0-0. 5%, Si 0-1. 5%,
Al 0-2. 5%, Zn 0-0. 5%, Cu 0-0. 5%, Cr 0-0. 1%，Mn 0-0. 5%, Ti 0-0. 5%, Ca 0-0. 5%,其中 RE 的組份為Y 0 — 100%、 La 0 — 50%、Ce 0-50%ο本發(fā)明的貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金制備方法，具體步驟如下
1、原料處理鎳珠用1- 的硫酸和鹽酸混合溶液進(jìn)行浸泡，硫酸鹽酸=3:1，之后用清水清洗，烘干；
2、裝料將40%的鎂粒加入到坩堝底部，舂實(shí)，把鎳珠全部加入，剩余的鎂粒加在最上層，稀土金屬放置在加料斗內(nèi)；
3、抽真空開啟真空泵5-7分鐘，真空爐內(nèi)真空度達(dá)到0.5-lKPa，停止抽真空；
4、氣體置換充入氬氣達(dá)到0.IMPa，氬氣純度大于99. 99% ；
5、二次抽真空開啟真空泵5-7分鐘，真空爐內(nèi)真空度達(dá)到0.5-lKPa，停止抽真空；
6、氣體保護(hù)充入氬氣進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)真空爐內(nèi)真空度達(dá)到30-40KPa，停止充氬氣；
7、送電熔煉開始輸出功率控制在4-5KW/Kg爐料，通電10-12分鐘后將功率降至2-2. 5KW/Kg，防止由于磁力攪拌加劇鎂的蒸發(fā)，整個(gè)熔煉溫度控制在U80-1350°C，溫度不宜過高，減少鎂的揮發(fā)；
8、攪拌熔化14-15分鐘后，通過爐內(nèi)攪拌棒對(duì)熔池進(jìn)行攪拌，加快熔化和成分的均勻
性；
9、二次加料待鎳和鎂完全熔化后，從料斗加入稀土金屬；
10、停機(jī)、攪拌稀土金屬熔化后，停機(jī)，并用攪拌棒攪拌合金1分鐘左右；
11、澆注將合金液快速澆注入水冷錠模中；
12、出模合金冷卻后取出合金錠，合金斷面呈銀白色有金屬光澤，斷面致密，無縮松； 合金錠重為50-500克。本發(fā)明的貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金及制備方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、該稀土鎳鎂中間合金，便于在生產(chǎn)貯氫合金時(shí)準(zhǔn)確控制稀土和鎂元素的含量，避免單一加入金屬造成的損耗和成分偏差。2、該制備方法通過攪拌和水冷錠模，能保證合金成份和相的穩(wěn)定性、均勻性，便于貯氫合金生產(chǎn)的加入和成份控制。3、在選擇合適的原材料同時(shí)采用真空密閉狀態(tài)下進(jìn)行熔煉，中間合金的純度能得到很好的控制，防止貯氫合金生產(chǎn)中帶入雜質(zhì)元素。4、采用水冷錠模，能保證合金澆注后迅速冷卻，不產(chǎn)生成份偏析，使合金各部位的成份基本一致。5、冶煉全過程中采用惰性氣體氬氣進(jìn)行保護(hù)，能減少熔化過程中鎂的蒸發(fā)，同時(shí)能避免接觸空氣造成爆炸的安全隱患。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 真空感應(yīng)電爐熔煉Mg 40%, Y 2%，Ni余量合金，真空爐容量為2^(g， 采用氧化鎂坩堝。使用的原料鎳珠、鎂粒、稀土金屬，氬氣的純度大于99. 99%。并經(jīng)過酸洗和烘干。 實(shí)際裝料量為10Kg。鎂和稀土的損耗按4%和0. 5%計(jì)算，鎳的收率按100%計(jì)算。稱料，鎂粒為4. 16Kg，鎳珠為5. 8Kg，金屬釔為0. 201Kg。加料，1. 7kg鎂粒加入到坩堝底部，舂實(shí)，把鎳珠全部加入，剩余的鎂粒加在最上層；稀土金屬放置在加料斗內(nèi)。開啟真空泵5分鐘，真空爐內(nèi)真空度達(dá)到0. 5KPa，停止抽真空。打開氬氣閥門，充入氬氣達(dá)到0. IMPa，再次啟動(dòng)真空泵5分鐘，真空爐內(nèi)真空度達(dá)到0. 5KPa，停止抽真空。打開氬氣閥門，充入氬氣進(jìn)行保護(hù)， 當(dāng)真空爐內(nèi)真空度達(dá)到40KPa，停止充氬氣。送電熔煉，開始輸出功率控制在50KW，計(jì)時(shí)開始，通電10分鐘后將功率降至25KW，熔煉溫度控制在1300°C。第14分鐘，通過爐內(nèi)攪拌棒對(duì)熔池進(jìn)行攪拌，加快熔化和成分的均勻性；第16分鐘，從料斗加入稀土金屬。第18分鐘， 停機(jī)，并用攪拌棒攪拌合金1分鐘左右。攪拌完畢，將合金液快速澆注入水冷錠模中。澆注 10分鐘結(jié)束后，打開空氣閥，爐內(nèi)氣壓恢復(fù)到常壓后打開爐蓋，取出產(chǎn)品。對(duì)合金塊不同部位取樣分析，產(chǎn)品完全合格，結(jié)果如下
1234Ni (%)余量余量余量余量Mg (%)40. 2640. 1840. 3240. 25Y (%)1. 982. 051. 951. 9權(quán)利要求
1.一種貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金，其特征在于它的組成成分質(zhì)量百分比為 Mg 40-65%, Ni 30-55%, RE 1-5%， Fe 0-0. 5%, Si 0-1. 5%,Al 0-2. 5%, Zn 0-0. 5%, Cu 0-0. 5%, Cr 0-0. 1%，Mn 0-0. 5%, Ti 0-0. 5%, Ca 0-0. 5%,其中 RE 的組份為Y 0 — 100%、 La 0 — 50%、Ce 0-50%ο
2.如權(quán)利要求1所述的貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金，其制備方法包括以下步驟(1)、原料處理鎳珠用的硫酸和鹽酸混合溶液浸泡，硫酸鹽酸=3:1，之后用清水清洗，烘干；(2)、裝料將40%的鎂粒加入到坩堝底部，舂實(shí)，把鎳珠全部加入，剩余的鎂粒加在最上層，稀土金屬放置在加料斗內(nèi)；(3)、抽真空開啟真空泵5-7分鐘，真空爐內(nèi)真空度達(dá)到0.5-lKPa，停止抽真空；(4)、氣體置換充入氬氣達(dá)到0.IMPa ；(5)、二次抽真空開啟真空泵5-7分鐘，真空爐內(nèi)真空度達(dá)到0.5-lKPa，停止抽真空；(6)、氣體保護(hù)充入氬氣進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)真空爐內(nèi)真空度達(dá)到30-40KPa，停止充氬氣；(7)、送電熔煉開始輸出功率控制在4-5KW/Kg爐料，通電10-12分鐘后將功率降至 2-2. 5KW/Kg，熔煉溫度控制在 U80-1350°C ；(8)、攪拌熔化14-15分鐘后，通過爐內(nèi)攪拌棒對(duì)熔池進(jìn)行攪拌；(9)、二次加料待鎳和鎂完全熔化后，從料斗加入稀土金屬；(10)、停機(jī)、攪拌稀土金屬熔化后，停機(jī)，并用攪拌棒攪拌合金1-2分鐘；(11)、澆注將合金液快速澆注入水冷錠模中；(12)、出模合金冷卻后取出合金錠，即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金制備方法，其特征在于氬氣純度大于99. 99%。
全文摘要
一種貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金，其組成成分質(zhì)量百分配比為Mg 40-65%，Ni 30-55%，RE 1-5%， Fe 0-0.5%， Si 0-1.5%，Al 0-2.5%，Zn 0-0.5%，Cu 0-0.5%，Cr 0-0.1%，Mn 0-0.5%，Ti 0-0.5%，Ca 0-0.5%，其中RE的組份為Y 0－100%、 La 0－50%、Ce0-50%。其制備方法是原料處理、配料、裝料、抽真空、氣體保護(hù)、送電、熔化、攪拌、二次加料、停機(jī)、攪拌、澆注。本發(fā)明的貯氫合金用稀土鎳鎂中間合金成分穩(wěn)定，適合貯氫材料中添加。
文檔編號(hào)C22C19/05GK102534326SQ201010600989
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者劉燕平, 劉生林, 朱福生, 楊宇鵬, 楊清 申請(qǐng)人:龍南龍釔重稀土科技股份有限公司