一種吸氫元件的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種吸氫元件的制備方法，特別涉及一種太陽能熱發(fā)電高溫真空集熱 管用吸氫元件的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著新能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，太陽能光熱利用技術(shù)也得到了長足的發(fā)展和普 及，特別是太陽能熱發(fā)電技術(shù)。而高溫真空集熱管是太陽能熱發(fā)電的核心部件之一，目前高 溫太陽能真空集熱管廣泛采用以涂有吸熱涂層的不銹鋼管為內(nèi)管、透明玻璃管為外管的雙 層密閉結(jié)構(gòu)。玻璃管與不銹鋼管之間為真空。集熱管在長期的使用過程中，內(nèi)管中的導(dǎo)熱 油會在高溫下發(fā)生降解，產(chǎn)生氫氣，氫氣將通過不銹鋼管向真空夾層內(nèi)滲透，降低了真空夾 層的真空度，增大了集熱管的熱損，從而導(dǎo)致集熱管的集熱效率下降。為了保持真空集熱管 在長期工作過程中的使用性能，需要在其真空夾層內(nèi)安裝吸氫元件以吸附氫氣。
[0003] 現(xiàn)有吸氫元件存在集熱管工作溫度（~400 °C)下吸氫容量低，如 Zr-V-Fe(US4312669)，或者是激活溫度過高，如Zr-Co-Re(EP0869195)激活溫度高達(dá)500°C 等缺陷，難以滿足太陽能真空集熱管，特別是熱發(fā)電高溫真空集熱管對高真空的實(shí)際需求。 這些吸氫元件通常采用直接破碎壓制成型的方法，即合金熔煉以后，經(jīng)過破碎和粉磨設(shè)備 制粉，然后篩分出合適粒度的粉末，壓制成一定形狀尺寸的元件。這種方法具有工藝簡單、 成本低廉的方法，但是受到破碎和粉磨設(shè)備自身的限制，不適用于韌性和強(qiáng)度較高的材料， 大大限制了吸氫元件所用材料，因此采用此種方法制備的吸氫元件其成分通常采用以鈦或 鋯的固溶體合金為主相、通過添加第三種金屬元素形成金屬間化合物為第二相的結(jié)構(gòu)的脆 性合金；其次，在破碎過程中，由于合金與破碎設(shè)備腔壁、介質(zhì)等高強(qiáng)度碰撞摩擦，會引入大 量雜質(zhì)；第三，通過這種方法制備的吸氫材料粉體一般粒徑低于300目就會由于流動性問 題引起成型質(zhì)量問題，這限制了吸氫元件的比表面積等，影響吸氫元件的激活溫度和吸氫 性能。
[0004] 在文獻(xiàn)中也有報(bào)導(dǎo)通過氫化粉碎的方法制備吸氫元件，這種方法利用吸氫合金在 吸氫后生成具有較高脆性的氫化物相特點(diǎn)，解決了高強(qiáng)度、高韌性合金在破碎上的技術(shù)難 題，但是由于在脫氫過程中，即使采用高溫、高真空的苛刻條件長時間脫氫，也極難實(shí)現(xiàn)吸 氫合金的完全脫氫，并且高溫可能會導(dǎo)致較高的氧含量，從而降低吸氫元件的吸氫性能。因 此采用這種方法制備的吸氫元件通常在低溫下(室溫）由于材料本征特性能夠保持較高的 吸氫性能，但是在高溫下，如熱發(fā)電用高溫真空集熱管工作溫度（400°c)，由于脫氫不完全 的原因，吸氫容量很差，甚至不能吸氫。
[0005] 因此，迫切需要開發(fā)一種新的吸氫元件制備方法，打破傳統(tǒng)工藝存在的瓶頸，突破 高性能吸氫元件的制備方法，特別是高溫工作的太陽能集熱管用吸氫元件的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種吸氫元件的制備方法，通過該方法制備的吸氫元件從成 分上可以采用直接破碎法無法加工的高強(qiáng)、高韌鋯、鈦基吸氫固溶體材料，并且在制備過程 中避免與破碎設(shè)備、介質(zhì)的強(qiáng)烈碰撞和摩擦，避免雜質(zhì)引入，同時制備出的粉體具有較好的 流動性，提高壓制成型元件的比表面積；降低吸氫元件現(xiàn)有的激活溫度、提高吸氫速率和吸 氫容量。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種吸氫元件制備方法，特別是一種太陽能熱發(fā)電高溫真空集熱管用吸氫元件的 制備方法，包括如下步驟：
[0009] (1)將原材料金屬和/或中間合金采用懸浮感應(yīng)熔煉或中頻感應(yīng)熔煉得到目標(biāo)成 分的合金鑄錠；
[0010] (2)吸氫合金鑄錠在真空激活后，進(jìn)行氫化處理，得到含氫合金顆粒；
[0011] (3)對合金顆粒進(jìn)行球磨和篩分，使全部物料滿足氣流磨進(jìn)料要求；采用氣流磨將 合金顆粒研磨成粉體；
[0012] (4)采用射頻等離子體放電球化對氫化合金粉體進(jìn)行球化和脫氫；
[0013] (5)將得到的球形不含氫合金粉體采用壓制或燒結(jié)等方式制成吸氫元件。
[0014] 步驟（2)中，將吸氫合金鑄錠在室溫~500°C溫度范圍內(nèi)，抽真空至IPa以下，保溫 15min~60min;冷卻至室溫后，通入0. 1~IMPa氫氣，并保持10~60min，對合金進(jìn)行氫 化處理，得到含氫顆粒。
[0015] 步驟（3)中，采用氣流磨進(jìn)行研磨時，研磨氣體采用氬氣或氮?dú)?，工作壓力?0. 3~0. 7MPa，分選頻率為10~60Hz，產(chǎn)出氫化合金粉體平均粒度約為liim~250iim;氬 氣或氮?dú)獾募兌?gt; 99. 99%。
[0016] 步驟（4 )中，氫化合金粉體進(jìn)行球化時，邊氣、工作氣體和載氣可以是氬氣或氮?dú)猓?純度彡99. 99%，邊氣流量為50~200L?min-1，工作氣體流量為10~65L?min-1，載氣流量 為1~10L?mirT1，輸入功率為10~70kW，通過調(diào)整氣體流量和功率，可以得到平均粒徑 為1iim~250ym的球形不含氫吸氫材料粉體；同時由于其瞬間加熱溫度極高（10000K~ 30000K)，因此在球化同時可以實(shí)現(xiàn)粉末的完全脫氫。
[0017] 步驟（5)中，采用粉體壓制成型的方式將粉體制成片狀吸氫元件（圓柱形、球形 等）；或者，將粉體壓制成坯體或采用冷軋、涂覆的方式將粉體成型于金屬基載體上，然后采 用燒結(jié)的方式制成吸氫元件；或者，將粉體采用壓制或燒結(jié)的方式制成具有一定形狀的塊 體，再固定在上端面開口，下端面中央具有孔(略小于吸氫元件尺寸）的碟形裝置中，制成吸 氫元件。
[0018] 上述制備方法，可用于制備Zr-Co-Re、Zr-Y-Fe、Zr-V-Fe或Zr、Ti基固溶體等吸 氫元件，可作為太陽能熱發(fā)電高溫真空集熱管用吸氫元件。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 1、本發(fā)明的吸氫元件制備方法通過氣流磨、等離子體球化工藝可以實(shí)現(xiàn)具有極佳 流動性的小粒度窄分布粉體，提高吸氫元件比表面積，同時由于減少或避免了粉體與制粉 與成型設(shè)備的接觸，大大降低了雜質(zhì)引入，從而降低吸氫元件的激活溫度，提高吸氫性能。
[0021] 2、實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高韌性的鋯、鈦基固溶體吸氫材料的制粉及元件成型，從根本上解 決傳統(tǒng)制備工藝得到的吸氫元件高溫吸氫性能不佳的缺陷；通過采用等離子體球化技術(shù)， 利用瞬時超高溫度實(shí)現(xiàn)粉體的脫氫，解決了氫化粉碎法制備吸氫元件殘余氫的問題。
[0022] 3、本發(fā)明的吸氫元件制備方法由于制得粉體流動性好、制粉粒度可選范圍寬，因 此成型工藝不局限于壓制成規(guī)則形狀的圓片形元件，同樣可以用作與顆粒粉末、壓制在金 屬鎳帶上的帶材和環(huán)，同時可制備燒結(jié)型吸氫元件，應(yīng)用范圍廣泛，適用于太陽能集熱管、 熒光燈、液晶顯示器、陰極射線發(fā)生管、離子加速器、真空隔熱管，氣體純化甚至是氫同位素 貯存與回收，特別適用于熱發(fā)電用高溫真空集熱管；
[0023] 本發(fā)明的制備方法可以替代現(xiàn)有吸氫元件的制備方法，用于常見成分吸氫元件的 制備，如直接破碎法、氫化粉碎法等，并且采用本發(fā)明方法制備的吸氫元件吸氫性能更加優(yōu) 良。此外，本發(fā)明的制備方法還可用于制備基于傳統(tǒng)方法難以加工的鋯、鈦基固溶體合金的 吸氫元件，采用本發(fā)明制備方法制備的鋯、鈦基固溶體吸氫