專利名稱：Nb基非晶合金及其條帶和透氫金屬膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非晶合金及其條帶和透氫金屬膜的制備方法，具體地說(shuō)，涉及一種用于氫分離及純化的Nb基非晶合金及其條帶和透氫金屬膜的制備方法。
背景技術(shù)：
由于當(dāng)今社會(huì)對(duì)化石能源的過(guò)度依賴，導(dǎo)致了而今眾所周知的能源危機(jī)和環(huán)境污染等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)清潔、高效、無(wú)污染或少污染的新能源成為各國(guó)面臨的課題。氫能具有資源豐富、燃燒性能優(yōu)異、可儲(chǔ)存、清潔無(wú)污染等眾多優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，是未來(lái)理想的潔凈能源。在氫氣的眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，如半導(dǎo)體工業(yè)、燃料電池等，都需要?dú)錃庥懈叩募兌?，少量雜質(zhì)會(huì)對(duì)氫的應(yīng)用會(huì)造成不利影響。因此大規(guī)模、低成本地制備高純氫氣是氫應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。 在將氫氣從混合氣體中分離出來(lái)、獲得高純度氫氣方面，金屬鈀(Pd)及其合金膜表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，它是目前成功用于氫氣分離和純化的金屬膜。但由于鈀的價(jià)格昂貴，儲(chǔ)量有限，難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。因此，尋找低成本、高性能的替代材料勢(shì)在必行。非晶合金是一種具有多種優(yōu)異性能的新材料，已有的研究表明，非晶合金由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而具有高強(qiáng)度和較高的氫滲透系數(shù)，一些非晶合金還具有氫溶解度大、抗氫脆等優(yōu)異性能，少量非晶合金的透氫性能甚至與鈀合金膜相當(dāng)。同時(shí)，非晶合金還具有制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。這些性能特點(diǎn)使得非晶合金成為具有很好應(yīng)用前景的氫分離和純化備選材料，在工業(yè)化應(yīng)用中具有很大潛力。迄今報(bào)導(dǎo)的可望用于氫分離及純化的非晶合金材料還較少，且多為Ni基非晶合金。由于非晶合金在溫度超過(guò)其起始晶化溫度后會(huì)發(fā)生晶化，從而喪失其與非晶結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的優(yōu)異性能。所以提高非晶合金的起始晶化溫度有助于提高其熱穩(wěn)定性，拓展非晶合金的使用溫度范圍。非晶合金的起始晶化溫度與其熔點(diǎn)緊密相關(guān)，因此合金成分中含有高熔點(diǎn)的元素對(duì)提高非晶合金的熔點(diǎn)十分重要。Nb是一種高熔點(diǎn)的元素，已有的研究表明Nb基非晶合金具有很高的熱穩(wěn)定性，具備在高溫下使用的潛質(zhì)；并且Nb元素價(jià)格比Pd便宜很多，如果所制備的Nb基非晶合金具有與Pd相近或同一數(shù)量級(jí)的氫滲透性能，那么Nb基非晶合金將可望替代Pd合金用于氫分離和純化，并在氫分離及純化方面有著廣闊的前景。在此前的研究中，已成功開(kāi)發(fā)了一系列具有高熱穩(wěn)定性的Nb基三元非晶合金條帶，并掌握了合金成分設(shè)計(jì)及條帶制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種Nb基非晶合金，用于氫分離及純化。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種Nb基非晶合金條帶材料，即一種Nb基非晶合金，所述Nb基非晶合金的化學(xué)表達(dá)式為Nba42NiaCobZreMd;其中，M=Ta或者Ti ；a, b，c, d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，O. 30 ^ a ^ O. 40，O. 05 ^ b ^ O. 15，O. 04 芻 c 芻 O. 20，O 芻 d 芻 O. 08 且 a+b+c+d=0. 58。
本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種Nb基非晶合金條帶的制備方法，制備具有較高的熱穩(wěn)定性及高氫滲透系數(shù)的Nb基非晶合金條帶。其技術(shù)方案如下一種Nb基非晶合金條帶的制備方法，包括將原料按照Nb。. 42NiaCobZrcMd進(jìn)行配料，其中，M=Ta或者Ti ；a, b，c，d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，O. 30 ^ a ^ O. 40,O. 05 ^ b ^ O. 15，O. 04 蘭 c 蘭 O. 20，0 蘭 d 蘭 O. 08 且 a+b+c+d=0. 58 ;將所述原料反復(fù)熔煉，獲得成分均勻的母合金；將所述母合金熔化，得到母合金熔體；將所述母合金熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅棍輪表面快速冷卻得到所述Nb基非晶合金條帶,所述Nb基非晶合金條帶的化學(xué)表達(dá)式為Nba42NiaCobZreMd ;其中，M=Ta或者Ti ；a, b，c, d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，O. 30 芻 a 芻 O. 40，O. 05 芻 b 芻 O. 15，O. 04 芻 c 芻 O. 20，O 芻 d 芻 O. 08 且 a+b+c+d=0. 58。進(jìn)一步將所述原料反復(fù)熔煉是在真空電弧爐中進(jìn)行。進(jìn)一步將所述母合金熔化，是在快速凝固裝置的感應(yīng)爐中進(jìn)行。 進(jìn)一步所述Nb基非晶合金條帶的寬度彡10mm，厚度約為20 50 μ m。進(jìn)一步所述Nb基非晶合金條帶的起始晶化溫度彡550°C。本發(fā)明所要解決的又一技術(shù)問(wèn)題是提供一種Nb基非晶合金透氫金屬膜的制備方法，制備具有較高的熱穩(wěn)定性及高氫滲透系數(shù)的Nb基非晶合金透氫金屬膜。其技術(shù)方案如下—種Nb基非晶合金透氫金屬膜的制備方法,包括將Nb基非晶合金條帶的表面打磨光滑，其中，所述Nb基非晶合金條帶的化學(xué)表達(dá)式為Nba42NiaCobZreMd ;其中，M=Ta或者Ti ;a，b，c，d 為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，O. 30 ^ a ^ O. 40,0. 05 ^ b ^ O. 15,0. 04 ^ c ^ O. 20，O蘭d = O. 08且a+b+c+d=0. 58 ;將所述Nb基非晶合金條帶的兩面鍍上Pd膜，得到所述Nb基非晶合金透氫金屬膜；所述Nb基非晶合金透氫金屬膜的化學(xué)表達(dá)式為Nba42NiaCobZrcMd ；其中，M=Ta或者Ti ;a，b，c，d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，O. 30 ^ a ^ O. 40,0. 05 ^ b ^ O. 15，O. 04 蘭 c 蘭 O. 20，O 蘭 d 蘭 O. 08 且 a+b+c+d=0. 58。進(jìn)一步在所述Nb基非晶合金條帶的兩面鍍的Pd膜的厚度為l(T500nm，鍍膜厚度根據(jù)氣氛中氧含量多少和應(yīng)用溫度高低進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明的技術(shù)效果如下I、本發(fā)明通過(guò)添加Zr，Ta，Ti等合金元素，進(jìn)一步優(yōu)化了合金成分，制備了可以用于氫分離及純化的Nb基非晶合金。2、本發(fā)明獲得了高透氫性能的、可用于氫分離及純化的Nb基非晶合金條帶，提高了 Nb基非晶合金條帶的氫滲透性能和熱穩(wěn)定性。3、本發(fā)明可制備寬度彡IOmm,厚度為20 50 μ m的Nb基非晶合金條帶。4、本發(fā)明可通過(guò)在Nb基非晶合金條帶的雙面鍍覆l(T500nm的Pa后制備得到透
氫金屬膜。


圖l(a) (e)為本發(fā)明的實(shí)施例I飛的Nb基非晶合金條帶的X射線衍射(XRD)圖譜；圖2(ar(e)為本發(fā)明的實(shí)施例廣5的Nb基非晶合金條帶的差式掃描量熱(DSC)曲線；圖3(ar(f)為本發(fā)明的實(shí)施例I飛和的Nb基非晶合金透氫金屬膜和Pd-23wt. %Ag合金標(biāo)準(zhǔn)參比材料的阿倫尼烏斯(Arrhenius)曲線。
具體實(shí)施例方式下面參考附圖和優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。本發(fā)明中，制備得到的Nb基非晶合金條帶兩面鍍的Pd膜的厚度可以為l(T500nm。 為了對(duì)比方便，該Nb基非晶合金條帶的表面所鍍Pd膜厚度均選擇為lOOnm。實(shí)施例I :制備 Nb0.42Ni0.39Co0.15Zr0.04 非晶合金首先將純度彡99. 9%的各原料按照化學(xué)成分配比Nba42NiaCobZreMd進(jìn)行配料，其中a, b, c, d為各組元的原子百分?jǐn)?shù),并且a=0. 39, b=0. 15, c=0. 04, d=0。然后在真空電弧爐中反復(fù)熔煉，獲得成分均勻的母合金。在真空度優(yōu)于3X KT2Pa真空條件下，將母合金置于快速凝固裝置的感應(yīng)爐中使其熔化，得到母合金熔體。將母合金熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥輪表面，滾輪表面線速度約為2(T40m/s，冷卻得到化學(xué)組成為Nba42Nia39Coai5Zratl4的Nb基非晶合金條帶，測(cè)試其熱力學(xué)穩(wěn)定性及氫滲透性能。該Nb基非晶合金條帶的寬度> IOmm,厚度為20 μ m。如圖I (a)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例I的Nb基非晶合金條帶的XRD圖譜。通過(guò)熔體旋淬方法獲得該Nb基非晶合金條帶的X射線衍射圖譜。圖譜中僅有饅頭狀的漫散射峰，而沒(méi)有與晶態(tài)材料相對(duì)應(yīng)的尖銳衍射峰，表明樣品為完全非晶結(jié)構(gòu)。如圖2(a)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例I的Nb基非晶合金條帶的DSC曲線。測(cè)試結(jié)果表明該Nb基非晶合金條帶的起始晶化溫度為621°C，具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。將該Nb基非晶合金條帶表面打磨光滑。然后將該Nb基非晶合金條帶兩面鍍上厚度為IOOnm的Pd膜，得到化學(xué)組成為Nbtl42Nia39Coai5Zratl4的Nb基非晶合金透氫金屬膜。將該Nb基非晶合金透氫金屬膜放在標(biāo)準(zhǔn)的氣體滲透測(cè)試裝置中進(jìn)行測(cè)試，即在給定溫度下測(cè)量不同壓差下的透氫量，獲得該溫度下材料的透氫系數(shù)；并在不同溫度條件下進(jìn)行測(cè)試，獲得該Nb基非晶合金透氫金屬膜在不同溫度下的氫滲透性能數(shù)據(jù)及其隨溫度的變化規(guī)律。如圖3(a)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例I的Nb基非晶合金透氫金屬膜的Arrhenius曲線。該曲線顯示該Nb基非晶合金透氫金屬膜在450°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為
O.28Xl(T8mol · JiT1S-1Pa-1 ,2，在 400 °C 時(shí)的氫滲透系數(shù)為 O. 23Xl(T8mol · ι 1 ,2，在350°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為O. 17Xl(T8mol ·ιιι_18^1/20圖3 (f)為Pd_23wt%Ag參比合金在相同條件下的氫滲透系數(shù)隨溫度的變化曲線，對(duì)比圖3(a)和3(f)可知，Nbtl 42Nia^3Coai5Zrci ci4非晶合金條透氫金屬膜的透氫性能不及Pd_23wt%Ag合金膜透氫性能好，盡管如此，Nb0.42Ni0.39Co0.15Zr0.04非晶合金條帶仍具有良好的氫滲透性能。實(shí)施例2 :制備Nb42Ni40Co6Zr12非晶合金首先將純度彡99. 9%的各原料按照化學(xué)成分配比Nba42NiaCobZreMd進(jìn)行配料，其中
a,b, c, d為各組元的原子百分?jǐn)?shù),并且a=0. 40, b=0. 06, c=0. 12, d=0。然后在真空電弧爐中反復(fù)熔煉，獲得成分均勻的母合金。在真空度優(yōu)于3X KT2Pa真空條件下，將母合金置于快速凝固裝置的感應(yīng)爐中使其熔化，得到母合金熔體。將母合金熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥輪表面，滾輪表面線速度約為2(T40m/s，冷卻得到化學(xué)組成為Nba42Nia4tlCoatl6Zrai2的Nb基非晶合金條帶，測(cè)試其熱力學(xué)穩(wěn)定性及氫滲透性能。該Nb基非晶合金條帶的寬度> IOmm,厚度為50 μ m。如圖I (b)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例2的Nb基非晶合金條帶的XRD圖譜。通過(guò)熔體旋淬方法獲得該Nb基非晶合金條帶的X射線衍射圖譜。圖譜中僅有饅頭狀的漫散射峰，而沒(méi)有與晶態(tài)材料相對(duì)應(yīng)的尖銳衍射峰，表明樣品為完全非晶結(jié)構(gòu)。如圖2(b)所示，為本發(fā) 明的實(shí)施例2的Nb基非晶合金條帶的DSC曲線。測(cè)試結(jié)果表明該Nb基非晶合金條帶的起始晶化溫度為588°C，具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。將該Nb基非晶合金條帶表面打磨光滑。然后將該Nb基非晶合金條帶兩面鍍上厚度為IOOnm的Pd膜，得到化學(xué)組成為Nbci42Nia4tlCoatl6Zrai2的Nb基非晶合金透氫金屬膜。將該Nb基非晶合金透氫金屬膜放在標(biāo)準(zhǔn)的氣體滲透測(cè)試裝置中進(jìn)行測(cè)試，即在給定溫度下測(cè)量不同壓差下的透氫量，獲得該溫度下材料的透氫系數(shù)；并在不同溫度條件下進(jìn)行測(cè)試，獲得該Nb基非晶合金透氫金屬膜在不同溫度下的氫滲透性能數(shù)據(jù)及其隨溫度的變化規(guī)律。如圖3(b)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例2的Nb基非晶合金透氫金屬膜的Arrhenius曲線。該曲線顯示該Nb基非晶合金透氫金屬膜在400°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為O. 69Xl(T8mol · JiT1S-1Pa-1 ,2，在 350 °C 時(shí)的氫滲透系數(shù)為 O. 52Xl(T8mol · mH1 ,2，在300°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為O. 42Xl(T8mol ·ιιι_18^1/20圖3 (f)為Pd_23wt%Ag參比合金在相同條件下的氫滲透系數(shù)隨溫度的變化曲線，對(duì)比圖3(b)和3(f)可知，Nbtl 42Nia4(lCoaCl6Zrtl. 12非晶合金透氫金屬膜的透氫性能不及Pd_23wt%Ag合金膜透氫性能好，盡管如此，Nba42Nia4tlCoatl6Zra 12非晶合金透氫金屬膜仍具有良好的氫滲透性能。實(shí)施例3 :制備 Nb0.42Ni0.32Co0.06Zr0.12Ta0.08 非晶合金首先將純度彡99. 9%的各原料按照化學(xué)成分配比Nba42NiaCobZreMd進(jìn)行配料，其中，M為Ta，a, b，c，d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，并且a=0. 32，b=0. 06，c=0. 12，d=0. 08。然后在真空電弧爐中反復(fù)熔煉，獲得成分均勻的母合金。在真空度優(yōu)于3 X KT2Pa真空條件下，將母合金置于快速凝固裝置的感應(yīng)爐中使其熔化，得到母合金熔體。將母合金熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥輪表面，滾輪表面線速度約為2(T40m/s，冷卻得到化學(xué)組成為Nb0.42Ni0.32Co0.06Zr0.12Ta0.08的Nb基非晶合金條帶，測(cè)試其熱力學(xué)穩(wěn)定性及氫滲透性能。該Nb基非晶合金條帶的寬度> IOmm,厚度為40 μ m。如圖I (c)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例3的Nb基非晶合金條帶的XRD圖譜。通過(guò)熔體旋淬方法獲得該Nb基非晶合金條帶的X射線衍射圖譜。圖譜中僅有饅頭狀的漫散射峰，而沒(méi)有與晶態(tài)材料相對(duì)應(yīng)的尖銳衍射峰，表明樣品為完全非晶結(jié)構(gòu)。如圖2(c)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例3的Nb基非晶合金條帶的DSC曲線。測(cè)試結(jié)果表明該Nb基非晶合金條帶的起始晶化溫度為580°C，具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。將該Nb基非晶合金條帶表面打磨光滑。然后將該Nb基非晶合金條帶兩面鍍上厚度為IOOnm的Pd膜，得到化學(xué)組成為Nbci42Nia32Coatl6Zrai2Taatl8的Nb基非晶合金透氫金屬膜。將該Nb基非晶合金透氫金屬膜放在標(biāo)準(zhǔn)的氣體滲透測(cè)試裝置中進(jìn)行測(cè)試，即在給定溫度下測(cè)量不同壓差下的透氫量，獲得該溫度下材料的透氫系數(shù)；并在不同溫度條件下進(jìn)行測(cè)試，獲得該Nb基非晶合金透氫金屬膜在不同溫度下的氫滲透性能數(shù)據(jù)及其隨溫度的變化規(guī)律。如圖3(c)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例3的Nb基非晶合金透氫金屬膜的Arrhenius曲線。該曲線顯示該Nb基非晶合金透氫金屬膜在400°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為 O. 88X l(T8mol · m_1s-lPa_1 ,2，在 350°C 時(shí)的氫滲透系數(shù)為 O. 68X l(T8mol · ι 1 ,2，在 300 °C 時(shí)的氫滲透系數(shù)為 O. 47X ΙΟΛιοΙ · ι 1 , 2。圖 3 (f)為 Pd_23wt%Ag參比合金在相同條件下的氫滲透系數(shù)隨溫度的變化曲線，對(duì)比圖3(c)和3(f)可知，Nba42Nia32Coatl6Zra 12Taa(l8非晶合金透氫金屬膜的透氫性能仍不及Pd_23wt%Ag合金膜透氫性能好，但已非常接近，可見(jiàn)，Nbci42Nia32Coaci6Zrai2Taac^g晶合透氫金屬膜具有好的氫滲透性能。實(shí)施例4 :制備 Nbci42Nia32Coatl6Zrai2Tia08 非晶合金首先將純度彡99. 9%的各原料按照化學(xué)成分配比Nba42NiaCobZreMd進(jìn)行配料，其中，M為Ti，a, b，c，d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，并且a=0. 32，b=0. 06，c=0. 12，d=0. 08。然 后在真空電弧爐中反復(fù)熔煉，獲得成分均勻的母合金。在真空度優(yōu)于3 X KT2Pa真空條件下，將母合金置于快速凝固裝置的感應(yīng)爐中使其熔化，得到母合金熔體。將母合金熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥輪表面，滾輪表面線速度約為2(T40m/s，冷卻得到化學(xué)組成為Nb0.42Ni0.32Co0.06Zr0.12Ti0.08的Nb基非晶合金條帶，測(cè)試其熱力學(xué)穩(wěn)定性及氫滲透性能。該Nb基非晶合金條帶的寬度> 10mm，厚度為37 μ m。如圖I (d)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例4的Nb基非晶合金條帶的XRD圖譜。通過(guò)熔體旋淬方法獲得該Nb基非晶合金條帶的X射線衍射圖譜。圖譜中僅有饅頭狀的漫散射峰，而沒(méi)有與晶態(tài)材料相對(duì)應(yīng)的尖銳衍射峰，表明樣品為完全非晶結(jié)構(gòu)。如圖2(d)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例4的Nb基非晶合金條帶的DSC曲線。測(cè)試結(jié)果表明該Nb基非晶合金條帶的起始晶化溫度為563°C，具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。將該Nb基非晶合金條帶表面打磨光滑。然后將該Nb基非晶合金條帶兩面鍍上厚度為IOOnm的Pd膜，得到化學(xué)組成為Nbci42Nia32Coaci6Zrai2Tiaci8的Nb基非晶合金透氫金屬膜。將該Nb基非晶合金透氫金屬膜放在標(biāo)準(zhǔn)的氣體滲透測(cè)試裝置中進(jìn)行測(cè)試，即在給定溫度下測(cè)量不同壓差下的透氫量，獲得該溫度下材料的透氫系數(shù)；并在不同溫度條件下進(jìn)行測(cè)試，獲得該Nb基非晶合金透氫金屬膜在不同溫度下的氫滲透性能數(shù)據(jù)及其隨溫度的變化規(guī)律。如圖3(d)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例4的Nb基非晶合金透氫金屬膜的Arrhenius曲線。該曲線顯示該Nb基非晶合金透氫金屬膜在400°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為
I.30Xl(T8mol · JiT1S-1Pa-1 ,2，在 350 °C 時(shí)的氫滲透系數(shù)為 I. 01Xl(T8mol · ι 1 ,2，在300°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為 O. 75X 1(Γ8ι οI · ι 1 ,2。如圖3(f)所示，為Pd_23wt. %Ag合金標(biāo)準(zhǔn)參比材料的Arrhenius曲線。Pd-23wt.%Ag合金標(biāo)準(zhǔn)參比材料在400°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為I. 14Xl(T8mol · mW ,2，在350°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為O. 85XlO^moI · m^Pa—1 7 2，在300°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為
O.58Xl(T8mol · mW ,2。對(duì)比圖 3(d)和 3(f)可知，Nba42Nia32Coatl6Zra 12TiQ.Q8 非晶合金透氫金屬膜的透氫性能已比Pd-23wt%Ag合金膜透氫性能好,可見(jiàn)實(shí)施例4中成分為Nba42Nia32Coatl6Zrai2Tiatl8的Nb基非晶合金透氫金屬膜在各測(cè)試溫度條件下的氫滲透系數(shù)均大于Pd_23wt. %Ag合金標(biāo)準(zhǔn)參比材料，已具有超過(guò)Pd-23wt. %Ag合金的氫滲透性能，即該合金是一種優(yōu)于Pd-23wt. %Ag合金的透氫金屬膜材料。實(shí)施例5 :制備 Nb0.42Ni0.30Co0.05Zr0.20Ti0.03 非晶合金首先將純度彡99. 9%的各原料按照化學(xué)成分配比Nba42NiaCobZreMd進(jìn)行配料，其中，M為Ti，a, b，c，d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，并且a=0. 30，b=0. 05, c=0. 20，d=0. 03。然后在真空電弧爐中反復(fù)熔煉，獲得成分均勻的母合金。在真空度優(yōu)于3X KT2Pa真空條件下，將母合金置于快速凝固裝置的感應(yīng)爐中使其熔化，得到母合金熔體。將母合金熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥輪表面，滾輪表面線速度約為2(T40m/s，冷卻得到化學(xué)組成為Nb0.42Nio.3oCoo. Q5Zr0.20Ti0.03的Nb基非晶合金條帶，測(cè)試其熱力學(xué)穩(wěn)定性及氫滲透性能。該Nb基非晶合金條帶的寬度> IOmm,厚度為42 μ m。如圖I (e)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例5的Nb基非晶合金條帶的XRD圖譜。通過(guò)熔體旋淬方法獲得該Nb基非晶合金條帶的X射線衍射圖譜。圖譜中僅有饅頭狀的漫散射峰，而沒(méi)有與晶態(tài)材料相對(duì)應(yīng)的尖銳衍射峰，表明樣品為完全非晶結(jié)構(gòu)。
如圖2(e)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例5的Nb基非晶合金條帶的DSC曲線。測(cè)試結(jié)果表明該Nb基非晶合金條帶的起始晶化溫度為554°C，具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。將該Nb基非晶合金條帶表面打磨光滑。然后將該Nb基非晶合金條帶兩面鍍上厚度為IOOnm的Pd膜，得到化學(xué)組成為Nba42Nia3tlC0aci5Zra2Jiaci3的Nb基非晶合金透氫金屬膜。將該Nb基非晶合金透氫金屬膜放在標(biāo)準(zhǔn)的氣體滲透測(cè)試裝置中進(jìn)行測(cè)試，即在給定溫度下測(cè)量不同壓差下的透氫量，獲得該溫度下材料的透氫系數(shù)；并在不同溫度條件下進(jìn)行測(cè)試，獲得該Nb基非晶合金透氫金屬膜在不同溫度下的氫滲透性能數(shù)據(jù)及其隨溫度的變化規(guī)律。如圖3(e)所示，為本發(fā)明的實(shí)施例5的Nb基非晶合金透氫金屬膜的Arrhenius曲線。該曲線顯示該Nb基非晶合金透氫金屬膜在400°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為
I.40X l(T8mol · JiT1S-1Pa-1 ,2，在 350°C 時(shí)的氫滲透系數(shù)為 O. 95X l(T8mol · m_1s-lPa_1 ,2，在300°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為 O. 60X 10-8moI · ι 1 ,2。如圖3(f)所示，為Pd_23wt. %Ag合金標(biāo)準(zhǔn)參比材料的Arrhenius曲線。Pd-23wt.%Ag合金標(biāo)準(zhǔn)參比材料在400°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為I. 14Xl(T8mol · mW ,2，在350°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為O. 85XlO^moI · m^Pa—1 7 2，在300°C時(shí)的氫滲透系數(shù)為O. 58X l(T8mol · m—1 Si1 丨2。對(duì)比圖 3(e)和 3 (f)可知，Nb0.42Ni0.30Co0.05Zr0.20Ti0.03 非晶合金透氫金屬膜的氫滲透系數(shù)已明顯大于Pd-23wt%Ag合金膜的氫滲透系數(shù)，可見(jiàn)實(shí)施例5中成分為Nbtl42Nia3ciCoaci5Zra2tlTiaci3的Nb基非晶合金透氫金屬膜具有超過(guò)Pd_23wt. %Ag合金的氫滲透性能。以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的幾種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Nb基非晶合金，其特征在于所述Nb基非晶合金的化學(xué)表達(dá)式為Nba42NiaCobZreMd ;其中，M=Ta或者Ti ；a, b，c，d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，0. 30≤a≤0. 40，0.05 ≤ b ≤ 0. 15，0. 04≤ c ≤ 0. 20，0 ≤ d ≤ 0. 08 且 a+b+c+d=0. 58。
2.—種Nb基非晶合金條帶的制備方法，其特征在于，包括 將原料按照Nb。. JiaC0bZrcMd進(jìn)行配料，其中，M=Ta或者Ti ;a，b，c, d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，0. 30 ≤ a ≤ 0. 40，0. 05 ≤ b ≤ 0. 15，0. 04 ≤ c ≤ 0. 20，0 ≤ d ≤ 0. 08 且 a+b+c+d=0. 58 ； 將所述原料反復(fù)熔煉，獲得成分均勻的母合金； 將所述母合金熔化，得到母合金熔體； 將所述母合金熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥輪表面快速冷卻得到所述Nb基非晶合金條帶，所述Nb基非晶合金條帶的化學(xué)表達(dá)式為Nba42NiaCobZreMd;其中，M=Ta或者Ti ;a，b，c，d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，0. 30≤a≤0. 40，0. 05≤b≤0. 15，0. 04≤c≤0. 20，0≤d≤0. 08且 a+b+c+d=0. 58。
3.如權(quán)利要求2所述的Nb基非晶合金條帶的制備方法，其特征在于將所述原料反復(fù)熔煉是在真空電弧爐中進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求2所述的Nb基非晶合金條帶的制備方法，其特征在于將所述母合金熔化，是在快速凝固裝置的感應(yīng)爐中進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求2所述的Nb基非晶合金條帶的制備方法，其特征在于所述Nb基非晶合金條帶的寬度≥IOmm,厚度約為2(T50iim。
6.如權(quán)利要求2所述的Nb基非晶合金條帶的制備方法，其特征在于所述Nb基非晶合金條帶的起始晶化溫度≥550°C。
7.—種Nb基非晶合金透氫金屬膜的制備方法,其特征在于,包括 將Nb基非晶合金條帶的表面打磨光滑，其中，所述Nb基非晶合金條帶的化學(xué)表達(dá)式為Nba42NiaCobZreMd ;其中，M=Ta或者Ti ；a, b，c，d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，0. 30≤a≤0. 40，0.05 ≤ b ≤ 0. 15，0. 04 ≤ c ≤ 0. 20，0 ≤ d ≤ 0. 08 且 a+b+c+d=0. 58 ； 將所述Nb基非晶合金條帶的兩面鍍上Pd膜，得到所述Nb基非晶合金透氫金屬膜；所述Nb基非晶合金透氫金屬膜的化學(xué)表達(dá)式為Nba42NiaCobZreMd;其中，M=Ta或者Ti ;a，b，c，d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，0. 30≤a≤0. 40，0. 05≤b≤0. 15，0. 04≤c≤0. 20，0≤d≤0. 08且 a+b+c+d=0. 58。
8.如權(quán)利要求7所述的Nb基非晶合金透氫金屬膜的制備方法，其特征在于在所述Nb基非晶合金條帶的兩面鍍的Pd膜的厚度為l(T500nm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種Nb基非晶合金及其條帶和透氫金屬膜的制備方法，所述Nb基非晶合金的化學(xué)表達(dá)式為Nb0.42NiaCobZrcMd；其中，M=Ta或者Ti；a，b，c，d為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，0.30≦a≦0.40，0.05≦b≦0.15，0.04≦c≦0.20，0≦d≦0.08且a+b+c+d=0.58。通過(guò)本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化了合金成分，提高了Nb基非晶合金條帶和透氫金屬膜的氫滲透性能和熱穩(wěn)定性，制備了可以用于氫分離及純化的Nb基非晶合金，獲得了具有高透氫性能、可用于氫分離及純化的Nb基非晶合金條帶和透氫金屬膜。
文檔編號(hào)C22C45/10GK102851626SQ20121036086
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者姚可夫, 丁紅瑜 申請(qǐng)人:清華大學(xué)