一种含钴的Y-Mg-Ni基储氢合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及储氢材料领域，具体涉及一种含钴的Y-Mg-Ni基储氢合金及其制备方法。

背景技术

稀土系AB

现阶段的研究结果普遍认为AB

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有高储氢容量、结构稳定性好的Y-Mg-Ni基储氢合金及其制备方法，具体包括以下内容：

一种含钴的Y-Mg-Ni基储氢合金，所述储氢合金的化学式为Y

优选的，包含空间群为F-43m的(Y,Mg,D)(Ni,Co,E)

优选的，合金中含有含量≤10wt.％的杂相，所述杂相为Y

优选的，所述合金的最大吸氢容量≥1.8wt.％，前五周的容量保持率≥90％。具体的，所述合金的最大吸氢容量可以是1.8wt.％、1.85wt.％、1.9wt.％、2.0wt.％等；前五周的容量保持率可以是90％、92％、94％、95％、96％等，详见实施例。

一种含钴的Y-Mg-Ni基储氢合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将金属原料Y、D、Ni、Co、E按比例进行配料，并熔炼制备成铸态合金锭；

(2)将铸态合金锭在保护气氛围中粉碎，然后过筛，得到铸态合金粉；

(3)将铸态合金粉和Mg粉在保护气氛围中按比例混合，并将混合均匀的金属粉末在一定压力下冷压成合金片；

(4)将合金片在高温下进行烧结，然后冷却得到含钴的Y-Mg-Ni基储氢合金成品。

优选的，所述步骤(2)中过筛操作所用的筛为200-500目筛，具体可以是500目、400目、350目、250目、200目等，优选为300目。

优选的，所述步骤(3)中Mg粉的粒度小于200目，具体可以是250目、300目、400目等；所述Mg粉添加1wt.％-10wt.％的烧损量。

优选的，所述步骤(3)中所述冷压的压力为5MPa-10MPa，具体可以是5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa等。

优选的，所述步骤(4)中烧结操作为：将合金片置于不锈钢罐中，用钽箔将合金片与不锈钢罐体分隔，然后将不锈钢罐置于马弗炉中进行烧结。

优选的，所述步骤(4)中烧结程序为：首先从室温升高至500-600℃(具体温度可以是500℃、520℃、550℃、580℃、或600℃等)，保温5-10h(具体可以保温5h、6h、7h、8h、9h、或10h等)；然后升温至700℃-800℃(具体温度可以是700℃、720℃、750℃、780℃、或800℃等)，保温5-10h(具体可以保温5h、6h、7h、8h、9h、或10h等)；最后降温至500℃-600℃(具体温度可以是500℃、520℃、550℃、580℃、或600℃等)，保温50-80h(具体可以保温50h、55h、60h、65h、70h、或80h等)，再随炉冷却至室温。

本发明的有益效果：

本发明增加了Y-Mg-Ni基合金中Co元素含量，可以增加合金中(Y,Mg,D)(Ni,Co,E)

附图说明

图1为实施例1制备的合金的EPMA背散射电子图像；

图2为比较例1制备的合金的EPMA背散射电子图像；

图3为实施例1和比较例1制备的合金的XRD图谱；

图4为实施例1和比较例1制备的合金的首周吸氢动力学曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

实施例1

将纯度不低于99.5wt％的纯金属原料按照分子式Y

比较例1

将纯度不低于99.5wt％的纯金属原料按照分子式Y

将获得的实施例1和比较例1储氢合金在400、600、800、1200、1500、2000、3000目的砂纸上依次进行打磨抛光后，使用设备型号为JXA-8230的电子探针进行微区相成分分析，如图1和图2所示。从图中可见，实施例1出现深灰色区域(点1～5)和浅灰色区域(点6～15)两相，比较例1为单相(点1～3)，其中点4～9为合金烧结后留下的孔洞。对各区域不同点的成分取平均值，得到实施例1深灰色区域成分为Y

将获得的储氢合金除去氧化皮后机械破碎，选取小于400目的粉末进行X射线粉末衍射测试，使用Cu Kα射线，功率40kV×150mA，步进式扫描，步长为0.02°，2θ范围为10°～90°，并对获得的XRD数据使用Fullprof软件进行Retvield精修，获得合金的相组成。图3为实施例1和比较例1的XRD谱图，Rietveld精修结果，晶胞参数和占位情况列于表1中。可见，实施例1和比较例1中除少量Y和Y

表1实施例1和比较例1的Rietveld精修结果

合金的储氢性能采用Sieverts装置测定。测试方法：取约2g粒度为100-300目的合金粉，在400℃下抽真空1～2h，冷却至25℃，在10MPa初始氢压下吸氢，反复上述操作5次。容量在首周达到最大值(如图4)，容量衰减主要发生在前2周，5周后容量基本保持稳定。采用最大吸氢量和第五周吸氢量计算获得合金的前五周的容量保持率。实施例1的最大吸氢量为2.011wt％，前5周的容量保持率为96.36％。而比较例1最大吸氢量为1.731wt％，前5周的容量保持率为74.52％。可见采用Co元素替代Ni后，合金的容量和循环稳定性显著增加。主要原因为Co替代后增加的Y(Ni,Co)

实施例2

将纯度不低于99.5wt％的纯金属原料按照分子式Y

按照以上方法测试得到合金的相组成为(Y,Mg)(Ni,Co)

实施例3

将纯度不低于99.5wt％的纯金属原料按照分子式Y

按照以上方法测试得到合金的相组成为(Y,Mg)(Ni,Co)

实施例4

将纯度不低于99.5wt％的纯金属原料按照分子式Y

按照以上方法测试得到合金的相组成为(Y,Mg)(Ni,Co)

实施例5

将纯度不低于99.5wt％的纯金属原料按照分子式Y

按照以上方法测试得到合金的相组成为(Y,Mg)(Ni,Co)

实施例6

将纯度不低于99.5wt％的纯金属原料按照分子式Y

按照以上方法测试得到合金的相组成为(Y,Mg)(Ni,Co)

实施例7

将纯度不低于99.5wt％的纯金属原料按照分子式Y

按照以上方法测试得到合金的相组成为(Y,Mg)(Ni,Co)

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。