專利名稱：一種Al-Ga-In-Sn-Zn合金及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能給汽車提供動(dòng)力的鋁合金材料，具體涉及一種Al-Ga-h-Sn-ai 合金及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
節(jié)能與新能源汽車是汽車產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃的焦點(diǎn)，面對(duì)全球范圍日益嚴(yán)峻的能源形勢(shì)和環(huán)保壓力，世界主要汽車生產(chǎn)國(guó)都把發(fā)展新能源汽車作為提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力、保持社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大措施。近年來(lái)，太陽(yáng)能、氫能、風(fēng)能、地?zé)崮艿刃履茉吹睦玫玫搅搜杆侔l(fā)展，其中氫能具有來(lái)源廣泛、清潔環(huán)保、可儲(chǔ)存和可再生等優(yōu)點(diǎn)，被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，世界各?guó)均把氫能作為戰(zhàn)略能源來(lái)研究。氫能工業(yè)化利用由于受到制氫技術(shù)、貯存技術(shù)和運(yùn)輸技術(shù)等三方面限制而難于實(shí)施。在制氫方面，現(xiàn)行工業(yè)用氫主要采用化石燃料制氫、電解水制氫和生物制氫。其中以化石燃料制氫為主，但該法95 %的原料來(lái)自于化石燃料，并沒(méi)有從根本上解決能源的可持續(xù)問(wèn)題，且制氫過(guò)程仍然產(chǎn)生二氧化碳，對(duì)環(huán)境污染的改善沒(méi)有任何幫助；在貯氫方面，尚缺有效的貯氫方式。如采用氣態(tài)儲(chǔ)氫，體積龐大且能量密度低；如采用液態(tài)儲(chǔ)氫，則要求超低溫或超高壓。另外，儲(chǔ)罐制造成本高，且儲(chǔ)罐本身過(guò)重，儲(chǔ)氫量只占儲(chǔ)罐質(zhì)量的5% 7%。 在氫氣運(yùn)輸方面，氫氣雖然具有較好的潛在可運(yùn)輸性，但其極易泄漏，即使真空密封的氫燃料箱，每天泄漏率尚達(dá)2%。因此，氫能的有效利用受到上述三方面的技術(shù)限制而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 目前，氫作為車用能源主要有兩種轉(zhuǎn)化方式以質(zhì)子交換方式的車用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)和以現(xiàn)有車用內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)的氫氣內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在車載制氫技術(shù)尚未突破之前，只好采用儲(chǔ)存氫作為汽車能源，而采用儲(chǔ)存氫作為汽車能源極大的增加汽車重量，與汽車輕量化發(fā)展方向相悖，且安全性欠差。因此，化解上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)氫能有效安全利用的途徑之一，就是實(shí)現(xiàn)即時(shí)制氫。即采用廉價(jià)可控的制氫方式，隨時(shí)制氫，隨時(shí)使用?，F(xiàn)有制氫技術(shù)難以符合車載要求， 所以，尋找新的制氫技術(shù)成為解決車用氫源問(wèn)題的關(guān)鍵，它不僅符合當(dāng)前及未來(lái)汽車市場(chǎng)的發(fā)展需求，而且可以有效提高相關(guān)企業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。現(xiàn)采用較多的車載制氫方法是使用硼氫化物水解制氫，當(dāng)溶液與硼氫化物接觸時(shí)，立即產(chǎn)生氫氣，切斷溶液即終止供氫，能方便調(diào)節(jié)氫氣產(chǎn)量和氫氣產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了車載制氫和即時(shí)供氫。但該法需要昂貴的催化劑，制氫成本高，高昂的成本致使其難以規(guī)?；＝陙?lái)美國(guó)和俄羅斯的科學(xué)家在鋁合金水解制氫方面開展了諸多研究。如純鋁中添加某些金屬元素可提高其反應(yīng)活性，增強(qiáng)鋁、水反應(yīng)的同時(shí)提高氫氣的產(chǎn)量和速率，保證氫氣的即時(shí)與充足供給。所以鋁與水直接反應(yīng)制備氫氣是實(shí)現(xiàn)車載制氫的最好途徑，主要表現(xiàn)在 (1)制備過(guò)程中無(wú)碳烴化合物；( 鋁合金與水反應(yīng)迅速，鋁合金遇水即供氫，無(wú)水即終止， 既易控制又實(shí)現(xiàn)了即時(shí)制氫、按需制氫，不需要或較少儲(chǔ)氫，達(dá)到車載要求；(3)制氫僅消耗水和鋁，鋁轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁或氧化鋁，經(jīng)電解又轉(zhuǎn)換成鋁，構(gòu)成循環(huán)使用體系；(4)氫氣熱值高，約^700kcal/kg(汽油是10630kcal/kg) ； (5)氫氣用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，產(chǎn)物是水，生成的水再與鋁反應(yīng)生成氫氣，構(gòu)成閉路循環(huán)工作系統(tǒng)，與開路工作系統(tǒng)相比，減少了能耗，并充分利用了水，是極大的進(jìn)步。因此，利用鋁合金水解制氫既可實(shí)現(xiàn)即時(shí)制氫、按需制氫，滿足車載要求，又可克服目前主流制氫工藝使用碳?xì)湮锏娜毕?，?shí)現(xiàn)零污染物排放。中國(guó)專利CN101235451A公開了一種由10 90%的金屬鋁和10 90%的金屬鎵，通過(guò)熔融冷鑄法制備鎵鋁合金；CN101497954A公開了采用鎵鋁兩種原料通過(guò)真空熔煉法制備鎵鋁合金。CN 101613082A公開了采用鎵鋁兩種原料粉末通過(guò)泡沫冶金法，輔以高壓、燒結(jié)、成型等技術(shù)制備鎵鋁合金。雖然已經(jīng)有文獻(xiàn)報(bào)道利用鋁合金水解制氫的技術(shù)，然而利用現(xiàn)有技術(shù)的合金制氫的速率和產(chǎn)氫率低，難以達(dá)到汽車高速運(yùn)行的動(dòng)力要求。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的鋁合金水解制氫技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種Al-Ga-h-Sn-Si合金及其制備方法和應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明人通過(guò)大量試驗(yàn)研究，最終獲得了如下技術(shù)方案一種Al-Ga-h-Sn-ai合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比(wt% )如下
金屬 Al45-97
金屬( 1-20
金屬 h0. 5-15
金屬Sn1-10
金屬 Zn0. 5-10優(yōu)選地，所述的Al-Ga-h-Sn-ai合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比 (wt% )如下
金屬 Al90-93
金屬( 3-5
金屬h2-3
金屬Sn1-2
金屬 Si0. 5-2在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-ai合金，其特征在于組
成元素的質(zhì)量百分比)如下金屬Al90. 5
金屬Ga5
金屬h3
金屬Sn1
金屬Si0. 5在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于 組成元素的質(zhì)量百分比)如下
金屬Al91.5
金屬Ga5
金屬h2
金屬Sn1
金屬Si0. 5在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于 組成元素的質(zhì)量百分比)如下
金屬Al92
金屬Ga3
金屬h3
金屬Sn1
金屬Si1在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于
組成元素的質(zhì)量百分比)如下
金屬Al92.5
金屬Ga3
金屬h2
金屬Sn1. 5
金屬Si1一種制備上述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的方法，包括以下步驟(1)在氬氣保護(hù)下稱取各金屬Al、In、Sn、Zn、( ，用行星式球磨機(jī)球磨，球磨罐及 球磨介質(zhì)均為瑪瑙，球磨罐密封，填充氬氣保護(hù)，球磨參數(shù)為球料比是5-30 1，球磨時(shí)間 是6-48h，轉(zhuǎn)速是200r/min以上；(2)球磨完成后合金顆粒真空包裝或采用惰性氣體保護(hù)，所用保護(hù)氣體是氬氣、氮 氣、氦氣中的至少一種。
所述的金屬Al、In、Sn、Zn粉末粒徑< 200目，金屬( 在液態(tài)下加入。所述金屬原料的純度>95%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明涉及的Al-Ga-h-Sn-Si合金及其制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn)和顯著的進(jìn)步(1)利用錫、鎵、銦等多種低熔點(diǎn)金屬破壞金屬鋁表面形成的氧化膜，從而提高鋁的化學(xué)反應(yīng)活性，達(dá)到快速制氫的效果。(2)該合金可以與冰水穩(wěn)定反應(yīng)，產(chǎn)氫率達(dá)到理論值的90%以上，其反應(yīng)速率達(dá)到210. 9ml/min. g，可以滿足混合動(dòng)力汽車行駛的動(dòng)力要求，并大大提高汽油的利用率。(3)采用機(jī)械合金化技術(shù)使多種金屬粉末合金化，制備工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)該合金在常溫甚至低溫(如冰水)下與水反應(yīng)，產(chǎn)氫率可高達(dá)1182ml/g。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明實(shí)施例的制備方法僅僅是用于說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，在本發(fā)明的構(gòu)思前提下對(duì)本發(fā)明制備方法的簡(jiǎn)單改進(jìn)都屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。實(shí)施例l-4Al-Ga-h-Sn_ai合金的制備(1)合金組成見表1 表1實(shí)施例1-4的鋁合金組成元素質(zhì)量百分比(wt% )
權(quán)利要求
1.ー種Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比如下金屬 Al45-97金屬( 1-20金屬 Hi0. 5-15金屬Sn1-10金屬 Zn0.5-10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比 如下金屬 Al90-93金屬( 3-5金屬h2-3金屬Sn1-2金屬 Si0.5-2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比 如下金屬Al90. 5金屬Ga5金屬h3金屬Sn1金屬Zn0.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比 如下金屬Al91.5金屬Ga5金屬h2金屬Sn1金屬Zn0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比 如下金屬Al92金屬Ga3金屬h3金屬Sn1金屬Zn1 ο
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金，其特征在于組成元素的質(zhì)量百分比如下金屬Al92.5金屬Ga3金屬h2 。金屬Sn1. 5金屬Si1
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金在制氫方面的應(yīng)用。
8.一種制備權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的方法，包括以下步驟(1)在氬氣保護(hù)下稱取各金屬Al、In、Sn、Zn、( ，用行星式球磨機(jī)球磨，球磨罐及球磨介質(zhì)均為瑪瑙，球磨罐密封，填充氬氣保護(hù)，球磨參數(shù)為球料比是5-30 1，球磨時(shí)間是 6-48h，轉(zhuǎn)速是200r/min以上；(2)球磨完成后合金顆粒真空包裝或采用惰性氣體保護(hù)，所用保護(hù)氣體是氬氣、氮?dú)狻?氦氣中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的制備方法，其特征在于所述的金屬 Al、In、Sn、Si粉末粒徑< 200目，金屬( 在液態(tài)下加入。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Al-Ga-h-Sn-Si合金的制備方法，其特征在于所述金屬原料的純度> 95%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Al-Ga-In-Sn-Zn合金及其制備方法和應(yīng)用，該合金包括以下組分金屬Al45-97wt%、金屬Ga1-20wt%、金屬In0.5-15wt%、金屬Sn1-10wt%、金屬Zn0.5-10wt%，通過(guò)機(jī)械合金化技術(shù)制備而成。本發(fā)明的合金可以在大于等于零度下直接與水反應(yīng)，達(dá)到快速制氫的效果，產(chǎn)氫率達(dá)到理論值的90％以上，其反應(yīng)速率達(dá)到200ml/min.g，可以滿足混合動(dòng)力汽車行駛的動(dòng)力要求，并大大提高汽油的利用率。
文檔編號(hào)C22C21/00GK102409202SQ201110363208
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者常鷹, 王輝虎, 羅平, 董仕節(jié) 申請(qǐng)人:湖北工業(yè)大學(xué)