專利名稱：一種Al-Ga-In-Sn-Zn合金及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能給汽車提供動力的鋁合金材料，具體涉及一種Al-Ga-h-Sn-ai 合金及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
節(jié)能與新能源汽車是汽車產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃的焦點，面對全球范圍日益嚴峻的能源形勢和環(huán)保壓力，世界主要汽車生產(chǎn)國都把發(fā)展新能源汽車作為提高產(chǎn)業(yè)競爭能力、保持社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大措施。近年來，太陽能、氫能、風(fēng)能、地?zé)崮艿刃履茉吹睦玫玫搅搜杆侔l(fā)展，其中氫能具有來源廣泛、清潔環(huán)保、可儲存和可再生等優(yōu)點，被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗澜绺鲊褮淠茏鳛閼?zhàn)略能源來研究。氫能工業(yè)化利用由于受到制氫技術(shù)、貯存技術(shù)和運輸技術(shù)等三方面限制而難于實施。在制氫方面，現(xiàn)行工業(yè)用氫主要采用化石燃料制氫、電解水制氫和生物制氫。其中以化石燃料制氫為主，但該法95 %的原料來自于化石燃料，并沒有從根本上解決能源的可持續(xù)問題，且制氫過程仍然產(chǎn)生二氧化碳，對環(huán)境污染的改善沒有任何幫助；在貯氫方面，尚缺有效的貯氫方式。如采用氣態(tài)儲氫，體積龐大且能量密度低；如采用液態(tài)儲氫，則要求超低溫或超高壓。另外，儲罐制造成本高，且儲罐本身過重，儲氫量只占儲罐質(zhì)量的5% 7%。 在氫氣運輸方面，氫氣雖然具有較好的潛在可運輸性，但其極易泄漏，即使真空密封的氫燃料箱，每天泄漏率尚達2%。因此，氫能的有效利用受到上述三方面的技術(shù)限制而無法實現(xiàn)。 目前，氫作為車用能源主要有兩種轉(zhuǎn)化方式以質(zhì)子交換方式的車用燃料電池發(fā)動機和以現(xiàn)有車用內(nèi)燃機為基礎(chǔ)的氫氣內(nèi)燃發(fā)動機。在車載制氫技術(shù)尚未突破之前，只好采用儲存氫作為汽車能源，而采用儲存氫作為汽車能源極大的增加汽車重量，與汽車輕量化發(fā)展方向相悖，且安全性欠差。因此，化解上述問題，實現(xiàn)移動氫能有效安全利用的途徑之一，就是實現(xiàn)即時制氫。即采用廉價可控的制氫方式，隨時制氫，隨時使用?，F(xiàn)有制氫技術(shù)難以符合車載要求， 所以，尋找新的制氫技術(shù)成為解決車用氫源問題的關(guān)鍵，它不僅符合當前及未來汽車市場的發(fā)展需求，而且可以有效提高相關(guān)企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭能力?，F(xiàn)采用較多的車載制氫方法是使用硼氫化物水解制氫，當溶液與硼氫化物接觸時，立即產(chǎn)生氫氣，切斷溶液即終止供氫，能方便調(diào)節(jié)氫氣產(chǎn)量和氫氣產(chǎn)率，實現(xiàn)了車載制氫和即時供氫。但該法需要昂貴的催化劑，制氫成本高，高昂的成本致使其難以規(guī)模化。近年來美國和俄羅斯的科學(xué)家在鋁合金水解制氫方面開展了諸多研究。如純鋁中添加某些金屬元素可提高其反應(yīng)活性，增強鋁、水反應(yīng)的同時提高氫氣的產(chǎn)量和速率，保證氫氣的即時與充足供給。所以鋁與水直接反應(yīng)制備氫氣是實現(xiàn)車載制氫的最好途徑，主要表現(xiàn)在 (1)制備過程中無碳烴化合物；( 鋁合金與水反應(yīng)迅速，鋁合金遇水即供氫，無水即終止， 既易控制又實現(xiàn)了即時制氫、按需制氫，不需要或較少儲氫，達到車載要求；(3)制氫僅消耗水和鋁，鋁轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁或氧化鋁，經(jīng)電解又轉(zhuǎn)換成鋁，構(gòu)成循環(huán)使用體系；(4)氫氣熱值高，約^700kcal/kg(汽油是10630kcal/kg) ； (5)氫氣用于汽車發(fā)動機燃燒，產(chǎn)物是水，生成的水再與鋁反應(yīng)生成氫氣，構(gòu)成閉路循環(huán)工作系統(tǒng)，與開路工作系統(tǒng)相比，減少了能耗，并充分利用了水，是極大的進步。因此，利用鋁合金水解制氫既可實現(xiàn)即時制氫、按需制氫，滿足車載要求，又可克服目前主流制氫工藝使用碳氫物的缺陷，實現(xiàn)零污染物排放。中國專利CN101235451A公開了一種由10 90%的金屬鋁和10 90%的金屬鎵，通過熔融冷鑄法制備鎵鋁合金；CN101497954A公開了采用鎵鋁兩種原料通過真空熔煉法制備鎵鋁合金。CN 101613082A公開了采用鎵鋁兩種原料粉末通過泡沫冶金法，輔以高壓、燒結(jié)、成型等技術(shù)制備鎵鋁合金。雖然已經(jīng)有文獻報道利用鋁合金水解制氫的技術(shù)，然而利用現(xiàn)有技術(shù)的合金制氫的速率和產(chǎn)氫率低，難以達到汽車高速運行的動力要求。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于通過對現(xiàn)有的鋁合金水解制氫技術(shù)進行改進，提供一種Al-Ga-h-Sn-Si合金及其制備方法和應(yīng)用。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明人通過大量試驗研究，最終獲得了如下技術(shù)方案一種Al-Ga-h-Sn-ai合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比(wt% )如下
金屬 Al45-97
金屬( 1-20
金屬 h0. 5-15
金屬Sn1-10
金屬 Zn0. 5-10優(yōu)選地，所述的Al-Ga-h-Sn-ai合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比 (wt% )如下
金屬 Al90-93
金屬( 3-5
金屬h2-3
金屬Sn1-2
金屬 Si0. 5-2在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-ai合金，其特征在于組
成元素的質(zhì)量百分比)如下金屬Al90. 5
金屬Ga5
金屬h3
金屬Sn1
金屬Si0. 5在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于 組成元素的質(zhì)量百分比)如下
金屬Al91.5
金屬Ga5
金屬h2
金屬Sn1
金屬Si0. 5在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于 組成元素的質(zhì)量百分比)如下
金屬Al92
金屬Ga3
金屬h3
金屬Sn1
金屬Si1在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于
組成元素的質(zhì)量百分比)如下
金屬Al92.5
金屬Ga3
金屬h2
金屬Sn1. 5
金屬Si1一種制備上述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的方法，包括以下步驟(1)在氬氣保護下稱取各金屬Al、In、Sn、Zn、( ，用行星式球磨機球磨，球磨罐及 球磨介質(zhì)均為瑪瑙，球磨罐密封，填充氬氣保護，球磨參數(shù)為球料比是5-30 1，球磨時間 是6-48h，轉(zhuǎn)速是200r/min以上；(2)球磨完成后合金顆粒真空包裝或采用惰性氣體保護，所用保護氣體是氬氣、氮 氣、氦氣中的至少一種。
所述的金屬Al、In、Sn、Zn粉末粒徑< 200目，金屬( 在液態(tài)下加入。所述金屬原料的純度>95%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明涉及的Al-Ga-h-Sn-Si合金及其制備方法具有如下優(yōu)點和顯著的進步(1)利用錫、鎵、銦等多種低熔點金屬破壞金屬鋁表面形成的氧化膜，從而提高鋁的化學(xué)反應(yīng)活性，達到快速制氫的效果。(2)該合金可以與冰水穩(wěn)定反應(yīng)，產(chǎn)氫率達到理論值的90%以上，其反應(yīng)速率達到210. 9ml/min. g，可以滿足混合動力汽車行駛的動力要求，并大大提高汽油的利用率。(3)采用機械合金化技術(shù)使多種金屬粉末合金化，制備工藝簡單，同時該合金在常溫甚至低溫(如冰水)下與水反應(yīng)，產(chǎn)氫率可高達1182ml/g。
具體實施例方式下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明實施例的制備方法僅僅是用于說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明的構(gòu)思前提下對本發(fā)明制備方法的簡單改進都屬于本發(fā)明要求保護的范圍。實施例l-4Al-Ga-h-Sn_ai合金的制備(1)合金組成見表1 表1實施例1-4的鋁合金組成元素質(zhì)量百分比(wt% )
權(quán)利要求
1.ー種Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比如下金屬 Al45-97金屬( 1-20金屬 Hi0. 5-15金屬Sn1-10金屬 Zn0.5-10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比 如下金屬 Al90-93金屬( 3-5金屬h2-3金屬Sn1-2金屬 Si0.5-2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比 如下金屬Al90. 5金屬Ga5金屬h3金屬Sn1金屬Zn0.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比 如下金屬Al91.5金屬Ga5金屬h2金屬Sn1金屬Zn0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比 如下金屬Al92金屬Ga3金屬h3金屬Sn1金屬Zn1 ο
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比如下金屬Al92.5金屬Ga3金屬h2 。金屬Sn1. 5金屬Si1
7.權(quán)利要求1-6任一項所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金在制氫方面的應(yīng)用。
8.一種制備權(quán)利要求1-6任一項所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的方法，包括以下步驟(1)在氬氣保護下稱取各金屬Al、In、Sn、Zn、( ，用行星式球磨機球磨，球磨罐及球磨介質(zhì)均為瑪瑙，球磨罐密封，填充氬氣保護，球磨參數(shù)為球料比是5-30 1，球磨時間是 6-48h，轉(zhuǎn)速是200r/min以上；(2)球磨完成后合金顆粒真空包裝或采用惰性氣體保護，所用保護氣體是氬氣、氮氣、 氦氣中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的制備方法，其特征在于所述的金屬 Al、In、Sn、Si粉末粒徑< 200目，金屬( 在液態(tài)下加入。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的制備方法，其特征在于所述金屬原料的純度> 95%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Al-Ga-In-Sn-Zn合金及其制備方法和應(yīng)用，該合金包括以下組分金屬Al45-97wt%、金屬Ga1-20wt%、金屬In0.5-15wt%、金屬Sn1-10wt%、金屬Zn0.5-10wt%，通過機械合金化技術(shù)制備而成。本發(fā)明的合金可以在大于等于零度下直接與水反應(yīng)，達到快速制氫的效果，產(chǎn)氫率達到理論值的90％以上，其反應(yīng)速率達到200ml/min.g，可以滿足混合動力汽車行駛的動力要求，并大大提高汽油的利用率。
文檔編號C22C21/00GK102409202SQ201110363208
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者常鷹, 王輝虎, 羅平, 董仕節(jié) 申請人:湖北工業(yè)大學(xué)