Способ получения многокомпонентных сплавов-абсорбентов водорода

Способ получения многокомпонентных сплавов - абсорбентов водорода с общей формулой AБ_n, где А - РЗМ, Mm, Ca; Б - Ni, Co, Cu, Fe, Ti, Zr, Cr, V, Mn, Al, Sn, Si, B; n больше или равно 2, включающий расплавление компонентов и охлаждение расплава, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик сплавов за счет стабилизации их состава и структуры, вначале при остаточном давлении 5 10^-2 - 1 10^-3 мм рт.ст. расплавляют компонент Б, кроме титана и циркония, в расплав вводят лантан совместно с титаном или цирконием, после чего вводят церий и элементы с упругостью пара, большей, чем у лантана, в атмосфере аргона при давлении 0,5 - 1,5 атм и охлаждают расплав до 500 - 600^oС со скоростью 40 - 50^oС в минуту.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения сплавов - абсорбентов водорода, которые могут найти применение в химической, металлургической, электротехнической и автомобильной промышленности.
Известно, что интерметаллические соединения, содержащие редкоземельные и переходные металлы, могут служить в качестве высокоэффективных, обратимых поглотителей (абсорбентов) и активаторов молекулярного водорода. Один объем металлической фазы таких сплавов при 25-100^oC и давлениях 1-100 атм способен поглощать и десорбировать при повышении температуры до 1500 объемов водорода.
На современном уровне развития техники и химической технологии (атомно-водородной энергетики) возникает много задач, для решения которых необходимы не просто вещества, способные поглощать и выделять водород, а абсорбенты, отвечающие вполне определенным технико-экономическим эксплуатационным условиям.
Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик сплавов за счет стабилизации их состава и структуры.
Изобретение состоит в том, что при получении многокомпонентных сплавов с общей формулой AB_n, где A - РЗМ, Mm, Ca; Б - Ni, Co, Cu, Fe, Ti, Zr, Cr, V, Mn, Al, Sn, Si, B; n - больше или равно 2, вначале при остаточном давлении 5 10^-2-1 10^-3 мм рт.ст. расплавляют компонент Б, кроме титана и циркония, в расплав вводят лантан совместно с титаном и цирконием, после чего вводят церий и элементы с упругостью пара, большей, чем у лантана, в атмосфере аргона при давлении 0,5-1,5 атм, и охлаждают расплав до 500-600^oC со скоростью 40-50^oC в минуту.
Расплавление компонентов при остаточном давлении 5 10^-2 - 1 10^-3 мм рт. ст. обеспечивает дегазацию расплава никеля, меди, кобальта, что необходимо для предотвращения газонасыщения расплава перед вводом химически активных лантана, титана, церия, и тем самым сокращает их расход за счет уменьшения угара и окисления.
Необходимость введения в расплав церия и других компонентов B на последнем этапе при остаточном давлении 0,5-1,5 атм аргона обусловлена более высокой, чем у лантана, упругостью пара при 1400-1500^oC.
При таком проведении процесса расплавления устраняется неблагоприятный фактор различия в плотностях и температурах плавления компонентов и достигается высокая гомогенность сплава.
Высокая скорость охлаждения (40-50^oC/мин) до 500-600^oC позволяет получить однородные по составу слитки многокомпонентного сплава с мелкозернистой структурой. Уменьшение размеров кристаллов литого сплава снижает параметры его активации при абсорбции водорода, так как при этом обеспечиваются более высокие скорости поглощения водорода за счет протекания реакции по границам зерен. Скорость охлаждения слитка ниже 500^oC/мин не влияет на размер кристаллов.
Пример 1. В сухой набивной магнезитовый тигель вакуумной индукционной печи типа ИСВ-0,16 ПМ загружают 26,2 кг никеля и 7,3 кг меди. В дозатор, установленный на крышке печи, загружают раздельно 13,3 кг лантана, 3,7 кг церия и 0,5 кг титана. Закрывают крышку печи, вакуумируют печь до остаточного давления 5 10^-2 мм рт.ст. и подают на индуктор мощностью 100 кВт. После расплавления никеля и меди расплав выдерживают в течение 15 мин при мощности 100 кВт для дегазации и вводят в него при 1500^oC с помощью дозатора последовательно вначале лантан и титан, а затем через 20 мин отключают камеру печи от вакуумной системы, заполняют печь аргоном по остаточного давления 0,5 атм и вводят церий в расплав, выдерживают в течение 10 мин для перемешивания его при мощности на индукторе 80 кВт и сливают в медную водоохлаждаемую изложницу диаметром 190 мм. Слиток охлаждают в течение 15 мин до 600^oC в атмосфере аргона при остаточном давлении воды на входе в изложницу 3 атм, что обеспечивает охлаждение указанного слитка со скоростью 40^oC/мин. Получен сплав состава
La_0,8 Cl_0,2 Ni_3,9 Cu_1,0 Ti_0,1.
Результаты анализа полученного сплава представлены в табл. 1.
Пример 2. В тигель загружают 52,4 кг никеля, 14,6 кг меди и 35 г сажи, а в дозатор 26,6 кг лантана, 7,4 кг церия и 1 кг титана, плавку меди и никеля проводят согласно примеру 1 при остаточном давлении 5 10^-3 мм рт.ст. После расплавления меди и никеля расплав выдерживают 20 мин при мощности на индукторе 100 кВт для раскисления и дегазации и при 1500^oC вводят лантан и титан. Через 20 мин отключают печь от вакуумной системы, заполняют камеру аргоном до остаточного давления 0,66 атм и вводят церий в расплав, выдерживают расплав в течение 10 мин для перемешивания при мощности на индукторе 90 кВт и сливают расплав в медную водоохлажденную изложницу диаметром 190 мм при давлении охлаждающей воды 3,3 атм. Охлаждают слиток в течение 20 мин до 500^oC со скоростью 45^oC/мин при остаточном давлении аргона 350 мм рт.ст. Получен сплав состава
La_0,8Ce_0,2Ni_3,9Cu_1,0 Ti_0,1.
Результаты анализа полученного сплава представлены в табл. 1.
Пример 3. В тигель загружают 52,4 кг никеля, 14,6 кг меди, а в дозатор 20 кг лантана, 14 кг церия и 1 кг титана. Плавку меди и никеля проводят согласно примеру 2 при остаточном давлении 1 10^-3 мм рт.ст. Давление аргона при введении церия и охлаждении слитка составляет 1,5 атм. Перемешивание расплава после ввода церия проводят 15 мин при мощности 100 кВт. Охлаждение слитка проводят со скоростью 50^oC/мин в течение 20 мин до 550^oC при давлении воды 3,5 атм. Получен сплав состава
La_0,6Ce_0,4Ni_3,9Cu_1,0 Ti_0,1.
Результаты анализа полученного сплава представлены в табл. 1
Пример 4. В сухой тигель загружают 26,2 кг никеля, 7,3 кг меди, а в дозатор 13,3 кг лантана, 7,3 кг церия и 0,5 кг титана. Закрывают крышку печи и плавку проводят согласно примеру 1. После расплавления и перемешивания лантана и титана заполняют печь аргоном до остаточного давления 0,36 атм и вводят церий в расплав. При этом наблюдается появление дыма и искр. Расплав выдерживают 10 мин для перемешивания и сливают в медную водоохлаждаемую изложницу. Получен сплав состава
La_0,8Ce_0,2Ni_3,9Cu_1,0 Ti_0,1.
Результаты анализа полученного сплава представлены в табл. 1.
Пример 5. В сухой тигель загружают 26,2 кг никеля и 7,3 кг меди, а в дозатор 13,3 кг лантана, 3,7 кг церия и 0,5 кг титана. Закрывают крышку печи, вакуумируют печь до остаточного давления 5 10^-1 мм рт.ст. и далее проводят плавку по примеру 1. Получен сплав состава
La_0,8Ce_0,2Ni_3,9Cu_1,0 Ti_0,1.
Результаты анализа полученных сплавов представлены в табл. 1.
Синтез сплава с другими элементами группы Б проводился аналогично. Результаты анализа представлены в табл. 2.
Как видно из приведенных примеров, предложенный способ позволяет получить сплавы - абсорбенты водорода - со свойствами (P диссоциации, мас.% H₂), соответствующими расчетным. При этом угар РЗМ сведен к минимуму, а практическая однофазность слитка позволяет исключить еще одну стадию длительного отжига при 600-800^oC в среде водорода или инертного газа.
Изобретение относится к металлургии цветных металлов и сплавов и можкт использоваться при получении многокомпонентных сплавов - абсорбентов водорода - с общей формулой АБ_n, где А - РЗМ, Mm, Ca; Б - Ni, Co, Cu, Fe, Ti, Zr, Cr, V, Mn, Al, Sn, Si, B; n больше или равно 2. Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик сплавов за счет стабилизации их состава и структуры. Цель достигается определенной последовательностью расплавления компонентов, проведением процесса в атмосфере аргона при давлении 0,5-1,5 атм и охлаждением расплава до 500-600^oC со скоростью 40-50^oC в минуту. 2 табл.