Сплав для абсорбции и десорбции водорода


 


Владельцы патента RU 2558326:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, используемым для абсорбции и десорбции водорода, и может быть использовано в транспортных и энергетических устройствах. Сплав содержит, мас.%: титан 46,3-49,0; медь 0,14-4,5; алюминий 0,15-4,7; кальций 0,03-1,0; магний 0,03-0,9; железо - остальное. Увеличивается активность сплава и его сорбционная емкость. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе титана, используемых для абсорбции и десорбции водорода, с целью применения его в энергетических устройствах, потребляющих водород, и химических процессах.

Перспективным аккумулятором и источником водорода среди сплавов на основе титана является интерметаллид TiFe, характеризующийся доступностью и низкой стоимостью [1, стр.259, 265].

Недостатком данного сплава является то, что он проявляет очень низкую активность на начальной стадии гидрирования, что делает необходимым проведение сложной дегазации сплава TiFe, предшествующей реакции гидрирования.

Из уровня техники известна дегазационная обработка состоит из прогрева сплава при 350 оС или при еще более высокой температуре в течение нескольких часов; при этом, в рабочей камере, где проводится дегазация, должен быть создан вакуум с остаточным давлением ~ 0,133 Па (10-3 мм рт. ст.) или при еще меньшим остаточным давлении.

Кроме того, даже если гидрирование начинается, сплав TiFe проявляет очень медленную скорость реакции с водородом, и это может занимать от 3-х до 10-ти недель до завершения реакции гидрирования [2].

Известен сплав на основе интерметаллида TiFe с медью, состав которого описывается формулой TiFe0,9Cu0,1 [2]. Там же указывается, что этот сплав значительно усовершенствован по сравнению с TiFe более быстрым достижением начала гидрирования и большей скоростью реакции с водородом. Химический состав сплава TiFe0,9Cu0,1, принятый за прототип, следующий, мас. %: титан 45,8-45,9; медь 6,0-6,1; железо - остальное. Его сорбционная емкость при десорбции водорода (40 0С) составляет - 0,938 мас. % Н2 [3, стр.186], что соответствует объему водорода - 106 дм3Н2/кг сплава.

Сплав TiFe0,9Cu0,1 (прототип) имеет очень небольшую сорбционную емкость, о чем также указывается в патенте [2].

Задачей изобретения является определение времени активации сплава и повышение его сорбционной емкости.

Поставленный технический результат достигается тем, что сплав, содержащий титан, железо и медь, дополнительно содержит алюминий, кальций и магний при следующем соотношении компонентов, мас. %: титан 46,3-49,0; медь 0,14-4,5; алюминий 0,15-4,7; кальций 0,03-1,0; магний 0,03-0,9; железо - остальное.

Предварительно была изготовлена лигатура, в которую полностью вошли алюминий, медь, кальций и магний. Предлагаемый сплав может быть выражен формулой TiFe1-ХАХ, где А - лигатура, имеющая следующий состав компонентов, мас. %: медь 40-42; кальций 8-10; магний 8-9; алюминий - остальное; X=0,01 ÷ 0,3.

В таблице приведены составы сплава и его сорбционные свойства.

Компоненты Состав сплава, мас. %
1 2 3
Титан 46,3 47,6 49,0
Медь 0,14 2,2 4,5
Алюминий 0,15 2,4 4,7
Кальций 0,03 0,5 1,0
Магний 0,03 0,4 0,9
Железо остальное остальное остальное
Сорбционные свойства
Время активации, ч 70 64 58
Абсорбционная емкость, дм3Н2/кг сплава 201 211 216
Десорбционная емкость, дм3Н2/кг сплава 172 157 145

Повышение сорбционной емкости сплава осуществляется за счет введения в сплав сильных гидридообразующих компонентов, таких как кальций и магний.

Составы сплава были приготовлены сплавлением исходных компонентов, включая лигатуру, в электродуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом в атмосфере предварительно очищенного аргона при остаточном давлении 30 - 40 кПа.

Непосредственно перед активацией и гидрированием куски сплава дробились до кусочков размером 0,5 - 3,0 мм, после чего загружались в реактор.

Активация сплава состояла при выдержке его в атмосфере водорода, поданного в ректор, для гидрирования под давлением 3 МПа и температуре 20 оС. Активационный период определялся временем от начала обработки сплава водородом до разогрева реактора.

Для определения количеств поглощенного водорода при 20 оС использован метод прямой абсорбции водорода, согласно которому эти количества определяются по уравнению состояния газа в зависимости от изменения его давления в системе известного объема. Средством измерения давления являлся образцовый манометр типа МО модели 1231 (класс точности - 0,4). Для определения расхода газа при десорбции водорода (50 оС) применялся барабанный газовый счетчик типа ГСБ-400 (класс точности - 1,0). Это означает, что давление измерялось с допускаемой погрешностью не более ± 0,4%, а расход газа с погрешностью не более ± 1,0%.

Источники информации

1. А. С. Черников, В. Н. Фадеев, В. И. Савин. Гидридные материалы как аккумуляторы водорода //Атомно-водородная энергетика и технология. - Вып. 3. - М.: Атомиздат, 1980, 272 с.

2. U.S. Patent 4370163, С22С 14/00, 1983. Moriwaki et al. Hydrogen storage alloy and process for making same.

3. Сплавы-накопители водорода. Справ. изд.: Б. А. Колачев, Р. Е. Шалин, А. А. Ильин. - М.: Металлургия, 1995. - 384 с.


Сплав на основе титана, содержащий медь и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, кальций и магний при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Титан 46,3-49,0
Медь 0,14-4,5
Алюминий 0,15-4,7
Кальций 0,03-1,0
Магний 0,03-0,9
Железо остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к производству слитков жаропрочных сплавов на основе титана. Лигатура содержит, мас.%: вольфрам 28-32, алюминий 28-32, титан остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановому сплаву с высокой коррозионной стойкостью. Титановый сплав содержит, в мас.%: металл платиновой группы 0,01-0,15, редкоземельный металл 0,001-0,10 и Ti и примеси - остальное.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Готовят смесь, содержащую не более 65 мас.% порошка, полученного методом плазменного распыления титанового сплава ВТ-22, не менее 30 мас.% смеси технических порошков титана ПТМ и никеля ПНК, взятых в соотношении 1:1, и 3-5 мас.% полученного электролизом порошка меди ПМС-1 фракции менее 50 мкм.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов из (α+β)-титанового сплава. Способ изготовления броневых листов из (α+β)-титанового сплава включает подготовку шихты, выплавку слитка состава, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe; 0,3-0,7 Mo; 0,2-0,6 Cr; 0,12-0,3 О; 0,010-0,045 С; <0,05 N; <0,05 Н;<0,15 Si; <0,8 Ni; остальное - титан.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, обладающим улучшенными баллистическими и механическими свойствами. Сплав на основе титана состоит по существу из, вес.%: 4,2-5,4 алюминия, 2,5-3,5 ванадия, 0,5-0,7 железа, 0,15-0,19 кислорода и титана до 100.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к свариваемым литейным сплавам на основе титана, и предназначено для изготовления фасонных отливок арматуры, насосов, корпусов, используемым в судостроении, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым материалам с высокой прочностью и обрабатываемостью. Титановый материал содержит железо 0,60 мас.% или менее и кислород 0,15 мас.% или менее, титан и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к производству удлиненных изделий из титана, или титанового сплава, или заготовок таких изделий. Для повышения качества изделий и упрощения их производства заявлен способ, который заключается в подготовке массы титана или титанового сплава (10), плавке этой массы посредством электрической дуги и способом гарнисажной плавки (20), литье одного или нескольких слитков преимущественно цилиндрической формы и диаметра менее 300 мм из расплавленной массы (30), а затем волочении одного или нескольких из этих слитков при температуре 800°С-1200°С посредством волочильного стана (40) для применения, например, в области авиации.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, используемых для аккумулирования водорода, и может быть использовано в экологически чистых энергетических устройствах.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к изготовлению заготовок из титановой губки. Способ изготовления заготовок из титана включает размещение частиц титановой губки в камере пресса, компактирование частиц губки до получения заготовки, ее прессование, удаление загрязнений с поверхности прессованной заготовки, покрытие ее смазкой и последующую прокатку.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для обратимого поглощения водорода, и может быть использовано в транспортных и энергетических устройствах. Сплав содержит, мас. %: титан 37,8-49,7; цирконий 0,9-8,0; молибден 0,03-0,25; алюминий 0,2-1,7; кальций 0,06-0,5; магний 0,03-0,3; железо - остальное. Уменьшается время активации сплава, и сокращается количество в нем редкого элемента молибдена. 1 табл.

Настоящее изобретение относится к областям металлургии, а именно к способам термической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов. Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава, содержащего, мас.%: 4,0…6,3 алюминия, 4,5…5,9 ванадия, 4,5…5,9 молибдена, 2,0…3,6 хрома, 0…5 циркония, 0…6 олова, 0…0,5 кремния, титан и неизбежные примеси - остальное, включает охлаждение со скоростью V1<3°С/мин из однофазной β-области до температуры T1<370°С и последующее старение при температуре Т2=370…600°С в течение 1…12 часов. После старения дополнительно осуществляют нагрев и обработку сплава в интервале температур Т3=Т2…Тβ в течение 1…12 часов, охлаждение со скоростью V2>V1 до температуры Т4, которая не выше температуры Т2, и последующее повторное старение в интервале температур Т2 в течение 1…12 часов. Обеспечивается повышение прочности и ударной вязкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к интерметаллидному сплаву на основе системы алюминий-титан , который может быть использован при производстве изделий и покрытий, в частности в производстве лопаток газотурбинных двигателей, клапанов моторов, вентиляторов для горячих газов. Предварительно производят механическую активацию порошка алюминия в количестве 25 мас.% и порошка титана в количестве 75 мас.%. Полученную смесь уплотняют, осуществляют ее нагрев высокочастотным электромагнитным полем до температуры 1200-1400°C и последующую выдержку. Обеспечивается получение монофазного интерметаллидного сплава заданного состава с однородным распределением структурных составляющих. 1пр.

Изобретение относится к способу получения титановых сплавов. Способ термомеханической обработки титанового сплава включает обработку титанового сплава давлением, включающую пластическое деформирование при температуре в области альфа-бета фаз до эквивалентной пластической деформации с по меньшей мере 25%-ным уменьшением площади поперечного сечения, после чего температура титанового сплава не достигает и не превышает температуры бета-перехода титанового сплава. Далее проводят одноступенчатую термообработку при температуре, меньшей или равной температуре бета-перехода минус 11,1°C. Полученные сплавы обладают высокими характеристиками прочности и ударной вязкости. 3 н. и 38 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл., 4 пр.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления деформированных полуфабрикатов, а также отливок, предназначенных для изготовления деталей энергетического и транспортного машиностроения, авиационной и космической техники с рабочими температурами в интервале от -196 до 450°C. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 1,8-4,4; ванадий 1,0-2,5; железо 0,05-0,5; цирконий 0,05-3,0; кислород 0,05-0,22; молибден 0,5-1,5; ниобий 0,05-0,8; кремний 0,05-0,2; углерод 0,005-0,1 и титан - остальное. Использование заявленного свариваемого сплава на основе титана позволяет повысить рабочую температуру применения деталей на 50°C, уровня пластичности и технологической пластичности более чем на 10% с сохранением высоких показателей прочности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Группа изобретений относится к получению сплава на основе титана из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана. Способ включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы, восстановление металлов из руд при непрерывном перемешивании сырьевой массы с последующим накоплением и формированием продукта в виде кольцевого столбчатого монокристалла, состоящего из интерметаллида, выбранного из ТiАl3, TiFeAl2, TiAl2Fe, TiFe3, и его выгрузку. В качестве исходной сырьевой массы используют водную суспензию, содержащую частицы рудного материала с дисперсностью в пределах 0,001-0,008 мм и в количестве 40-70% объема водной суспензии. При этом в качестве магнитных полей используют пилообразные магнитные поля с напряженностью 3·104÷1,5·105 А/м и частотой колебаний 20-80 единиц импульсов в течение одной минуты. Восстановление ведут с подачей к слоям сырья газовых струй, состоящих из сжатого атмосферного воздуха и углерода в качестве восстановителя, присутствующего в составе сжатых газов. Предложено также устройство для реализации данного способа. Обеспечивается получение сплава непосредственно из рудного сырья. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 3 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным титановым сплавам, используемым для изготовления деформированных полуфабрикатов. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 1,5-3,5; молибден 1,0-3,0; ванадий 8,0-12,0; хром 2,5-5,0; железо 0,3-1,8; цирконий 0,4-2,0; олово 0,4-2,0; иттрий и/или гадолиний 0,01-0,16; титан и примеси остальное. Сплав характеризуется высокими прочностными характеристиками при сохранении высокой пластичности сплава в термически упрочненном состоянии, а также повышенной технологичностью в закаленном состоянии. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии. Порошковая смесь для получения титанового сплава включает порошок титанового сплава, содержащий алюминий и ванадий или содержащий в дополнение к алюминию и ванадию по меньшей мере один из циркония, олова, молибдена, железа и хрома, и по меньшей мере один металлический порошок, выбранный из порошка меди, порошка хрома и порошка железа, смешанного с порошком титанового сплава. Причем порошок титанового сплава получен гидрированием сырья из титанового сплава и дегидрированием полученного гидрированного порошка титанового сплава. Количество металлического порошка составляет от 1 до 10 мас. % при добавлении одного вида металлического порошка, а при добавлении двух или более видов металлических порошков количество добавленного металлического порошка составляет от 1 до 20 мас. %. Предложены также способ получения упомянутой порошковой смеси, титановый сплав и способ его получения из упомянутой порошковой смеси. Обеспечивается повышение качества порошковой смеси, которая может быть уплотнена до плотности не менее 99 % от теоретической. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 20 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению мелкозернистых листовых титановых сплавов, которые являются подходящими для использования при сверхпластическом формовании. Способ изготовления листов с мелкозернистой структурой из α/β-титанового сплава включает ковку сляба титанового сплава для получения листовой заготовки, которую нагревают до температуры, превышающей температуру превращения в бета-фазу на величину от приблизительно 100°F (37,8°C) до приблизительно 250°F (121°C), с последующим охлаждением. Далее нагревают листовую заготовку до температуры от приблизительно 1400°F (760°C) до приблизительно 1550°F (843°C) с последующей горячей прокаткой для получения листовой заготовки промежуточной толщины. Снова нагревают до температуры в диапазоне от приблизительно 1400°F (760°C) до приблизительно 1550°F (843°C) с последующей горячей прокаткой для получения листовой заготовки конечной толщины. Проводят отжиг, шлифование и травление. Получают заготовки с мелкозернистой структурой, пригодные для использования при низкотемпературной формовке. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 26 ил., 8 табл., 5 пр.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению сплавов. Способ получения сплава, содержащего титан, медь и кремний, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, меди и кремния, включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы. При этом восстановление металлов ведут при непрерывном перемешивании сырьевой массы, с последующим накоплением и формированием продукта в виде кольцевого столбчатого структурного образования, состоящего из сплава, содержащего титан, медь и кремний. Затем осуществляют его выгрузку. Предложено устройство для осуществления указанного способа. Техническим результатом является возможность получения указанного сплава непосредственного из рудного сырья. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 3 пр.
Наверх