一种激光速凝高熵储氢合金及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种激光速凝高熵储氢合金及其制备方法和应用，储氢合金的成分为（Ti

说明书

技术领域

本发明涉及氢的高效储存材料领域，具体为一种激光速凝高熵储氢合金及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石能源的过度消耗，资源供给与需求的矛盾将日益突出，化石能源难以满足长期工业生产和人类生活需求。另一方面，现阶段石油、煤炭等化石能源的燃烧利用排放大量了CO

实现氢气高效、安全的储存和运输是氢能利用的关键。目前常用的储存方法有压缩气体储存法和液氢储存法。用大容量气罐和钢瓶来储存和输送气态氢，由于要使用高压，有一定的危险性，而且储氢量小，增加了成本；液态氢比气态氢的密度高，但是氢气的液化温度为-239.7°C，液化要消耗大量的能量和需要昂贵的设备投资，还必须有极好的绝热保护，例如大型运载火箭使用液氢作为燃料，液氧作为氧化剂，其存储装置占去整个火箭一半以上的空间；目前即使采用超级绝热容器，每天因蒸发造成的损失约1%。

1964年美国布鲁克-海文实验室的J.J.Reilly和R.H.Wisqall发现了Mg

基于以上原因，目前还没有能够完全满足应用需求的金属储氢材料，严重制约了氢能的发展应用。

中国专利CN 107338385 B公开了一种体心立方结构为主的储氢高熵合金及

其制备方法，该高熵合金的成分组成为( Ti

上述专利主要存在三个明显的缺点：第一，所选用合金化元素Nb、Hf、Co、W等元素为稀有贵重金属，成本较高；第二，使用真空熔炼、吸铸工艺制备合金棒材，由于熔体的高粘度、较大的合金元素熔点差异，熔炼及凝固过程中很难避免合金元素偏析；第三，该高熵合金虽然具有3 wt%以上的储氢容量，但700℃下放氢量不足0.6wt%，有效储氢量低。上述三个明显的缺点限制了此专利的实际应用范围。

发明内容

针对现有技术中储氢合金存在的储氢容量低、活化困难、吸放氢动力学和循环稳定性差的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种激光速凝高熵储氢合金及其制备方法和应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明所述储氢合金的组成式为（Ti

上述组成式中的字母，除M、RE和下缀字母外，其它均对应元素周期表中的元素。

本发明的制备方法，包括如下步骤：

（1）将基板表面打磨、清洗、干燥后备用；

（2）按照组成式（Ti

（3）将步骤（2）混好的粉料放入真空干燥箱中，在40℃～60℃的温度下恒温干燥6h以上，置入激光沉积装置的同轴送粉仓内；

（4）开启激光沉积装置的激光束，采用激光沉积同轴送粉工艺，将步骤（3）的粉料层叠沉积到基板上；

（5）将步骤（4）中激光沉积完毕的沉积层及基板冷却至室温后，沿基板与沉积层界面线切，得到激光速凝储氢合金板条，再经机械破碎方式得到高熵储氢合金粉体。

所述的步骤（2）中的混料、步骤（4）中的激光沉积、步骤（5）中的机械破碎过程均在氩气或氮气保护气氛下完成。

进一步地，步骤（2）中的Ti粉、Zr粉、Mn粉、M单质金属粉、RE单质粉、V粉和Fe粉，纯度均为大于99.9%的粉末，粒径40～200目。

进一步地，步骤（2）中的球磨机转速200～1000r/min，混料时间60～300min。

进一步地，步骤（4）中的激光沉积过程中氩气或氮气流速15L/min～30L/min。

进一步地，步骤（4）中的激光沉积工艺参数为：激光功率1600W～6000W、扫描速度700mm/min～1600mm/min、光斑直径3mm～20mm、送粉速率5g/min～25g/min、沉积层厚度0.4mm～1.2mm。

进一步地，步骤（5）中的机械破碎方式为锤式或颚式破碎机破碎，破碎后收得粉体粒径为40～100目。

所述激光速凝高熵储氢合金用于制成储氢装置。如：为氢燃料电池提供动力源，为电网调峰提供氢储能功能载体，为集成电路、半导体器件、电子材料和光纤产业提供超高纯氢源；或被制成热泵、空调的驱动部件, 用于制冷、采暖行业；或被制成储氢电极，应用于新能源汽车领域。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，利用本技术方案制备出的（Ti

附图说明

图1为实施例1中Ti

图2为实施例1中Ti

图3为实施例1中Ti

图4为实施例1中Ti

图5为实施例1中Ti

图6为实施例1中Ti

图7为实施例1中Ti

图8为实施例1中Ti

具体实施方式

为更好的理解本发明，下面结合实例对本发明做进一步说明，但是本发明要求保护范围并不局限于实施例的表述范围。

实施例1

一种激光速凝高熵储氢合金，组成式为：Ti

其制备方法，包括以下步骤：

（1）用砂纸打磨不锈钢基板表面，无水乙醇清洗、干燥箱烘干备用；

（2）按照组成式Ti

（3）从球磨机中取出混好的粉料，在40℃的真空干燥箱内恒温干燥8h，置入激光沉积装置的同轴送粉仓内；

（4）开启激光束，采用氩气保护下的激光沉积同轴送粉工艺将粉料层叠沉积到基板上，激光沉积工艺参数为：激光功率3000W、扫描速度1000mm/min、光斑直径8mm、送粉速率14g/min、沉积层厚度0.8mm，氩气流速20L/min；

（5）激光沉积完毕冷却至室温后，沿基板与沉积层界面线切得到激光速凝储氢合金板块，采用氩气保护的颚式破碎机破碎方式得到高熵储氢合金粉体，破碎后收得粉体粒径为60目。

步骤（1）中的基板，除不锈钢基板外，还可以采用钛合金基板，基板的厚度尺寸均为现有技术的范畴。

本实施例中，采用的激光沉积装置为LDM-800型，包括：激光器、送粉器、氩气保护箱、计算机，激光器发出的激光通过光纤传递到激光头，送粉器通过粉管将用于激光沉积制造的粉末吹送到同轴送粉头，计算机和同轴送粉头、送粉器和激光器联接，所用激光器为德国IPG公司3KW光纤激光器。

本实施例技术方案所取得的技术效果如图1～图8所示。

图1～图6为本实施例制备的Ti

图7为本实施例制备的Ti

图8示出了本实施例制备的Ti

本实施例制备的激光速凝高熵储氢合金用于制成储氢装置。如：为氢燃料电池提供动力源，为电网调峰提供氢储能功能载体，为集成电路、半导体器件、电子材料和光纤产业提供超高纯氢源；或被制成热泵、空调的驱动部件, 用于制冷、采暖行业；或被制成储氢电极，应用于新能源汽车领域。

实施例2

一种激光速凝高熵储氢合金，组成式为：Ti

其制备方法，包括以下步骤：

（1）用砂纸打磨不锈钢基板表面，无水乙醇清洗、干燥箱烘干备用；

（2）按照组成式Ti

（3）从球磨机中取出混好的粉料，在50℃的真空干燥箱内恒温干燥12h，置入激光沉积装置的同轴送粉仓内；

（4）开启激光束，采用氮气保护下的激光沉积同轴送粉工艺将粉料层叠沉积到基板上，激光沉积工艺参数为：激光功率5000W、扫描速度1200mm/min、光斑直径5mm、送粉速率20g/min、沉积层厚度0.6mm，氩气流速25L/min；

（5）激光沉积完毕冷却至室温后，沿基板与沉积层界面线切得到激光速凝储氢合金板块，采用氮气保护的锤式破碎机破碎方式得到高熵储氢合金粉体，破碎后收得粉体粒径为100目。

本实施例中，采用的激光沉积装置为LDM-800型，包括：激光器、送粉器、氩气保护箱、计算机，激光器发出的激光通过光纤传递到激光头，送粉器通过粉管将用于激光沉积制造的粉末吹送到同轴送粉头，计算机和同轴送粉头、送粉器和激光器联接，所用激光器为德国IPG公司5KW光纤激光器。

本实施例制备的Ti

本实施例制备的Ti

本实施例制备的激光速凝高熵储氢合金用于制成储氢装置。如：为氢燃料电池提供动力源，为电网调峰提供氢储能功能载体，为集成电路、半导体器件、电子材料和光纤产业提供超高纯氢源；或被制成热泵、空调的驱动部件, 用于制冷、采暖行业；或被制成储氢电极，应用于新能源汽车领域。

实施例3

一种激光速凝高熵储氢合金，组成式为：Ti

其制备方法，包括以下步骤：

（1）用砂纸打磨不锈钢基板表面，无水乙醇清洗、干燥箱烘干备用；

（2）按照组成式Ti

（3）从球磨机中取出混好的粉料，在60℃的真空干燥箱内恒温干燥14h，置入激光沉积装置的同轴送粉仓内；

（4）开启激光束，采用氩气保护下的激光沉积同轴送粉工艺将粉料层叠沉积到基板上，激光沉积工艺参数为：激光功率6000W、扫描速度800mm/min、光斑直径12mm、送粉速率10g/min、沉积层厚度1.0mm，氩气流速18L/min；

（5）激光沉积完毕冷却至室温后，沿基板与沉积层界面线切得到激光速凝储氢合金板块，采用氩气保护的颚式破碎机破碎方式得到高熵储氢合金粉体，破碎后收得粉体粒径为40目。

本实施例中，采用的激光沉积装置为LDM-800型，包括：激光器、送粉器、氩气保护箱、计算机，激光器发出的激光通过光纤传递到激光头，送粉器通过粉管将用于激光沉积制造的粉末吹送到同轴送粉头，计算机和同轴送粉头、送粉器和激光器联接，所用激光器为德国IPG公司6KW光纤激光器。

本实施例制备的Ti

本实施例制备的Ti

本实施例制备的激光速凝高熵储氢合金用于制成储氢装置。如：为氢燃料电池提供动力源，为电网调峰提供氢储能功能载体，为集成电路、半导体器件、电子材料和光纤产业提供超高纯氢源；或被制成热泵、空调的驱动部件, 用于制冷、采暖行业；或被制成储氢电极，应用于新能源汽车领域。