СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА, СОДЕРЖАЩЕГО ОККЛЮДИРОВАННЫЙ ВОДОРОД, И СПЛАВ Российский патент 1998 года по МПК B22F9/04 C22C1/04 

Изобретение в общем относится к сплаву, содержащему окклюдированный водород, используемому в качестве материала катодов водородно-никелевых элементов и, более конкретно, к сплаву, содержащему окклюдированный водород, и к способу получения такого сплава, подходящего для улучшения исходных характеристик разряда катодов.

В качестве щелочных вторичных элементов обычно используют кадмиево-никелевые элементы (Ni-Cd-элементы). Однако при использовании вышеприведенных Ni-Cd-элементов сталкиваются с проблемой, состоящей в том, что они вызывают, благодаря кадмию, серьезное загрязнение окружающей среды. Для замены вышеприведенных Ni-Cd-элементов активно изучались Ni-H элементы, в которых в качестве их катодов использовали сплав, содержащий окклюдированный водород. Ожидалось, что вышеуказанный сплав, содержащий окклюдированный водород, используемый в качестве катодов, обеспечит высокую емкость вторичных элементов. Однако известный сплав, содержащий окклюдированный водород, используемый в качестве катодов Ni-H элементов, все же вызывал проблемы, состоящие в том, что при использовании сплава не удалось улучшить исходную разрядную емкость элементов или удлинить рассчитанную циклическую длительность жизни элементов.

Известные сплавы, содержащие окклюдированный водород, используемый в качестве катодов Ni-H элементов, получают обычно посредством полужидкого процесса. Однако сплавы, содержащие окклюдированный водород, полученные полужидким процессом, имеют следующие недостатки. Сплавы CaCu₅, как, например, сплавы LaNi₅, имеют проблему, состоящую в низкой степени окклюзии водорода, в то время как сплавы с фазами Лавеса или AB₂ сплавы имеют недостаток, касающийся их исходных циклических свойств. При устранении вышеуказанных недостатков для получения сплавов, содержащих окклюдированный водород, может быть использован способ дуговой плавки или способ высокотемпературного спекания. Однако при использовании как способа дуговой плавки, так и способа высокотемпературного спекания во время получения сплавов, содержащих окклюдированный водород, все же имеется недостаток, состоящий в неоднородности сплава, а также в составе компонентов сплава. Это происходит потому, что редкоземельные металлы, La и Ce, CaCu₅ сплавов являются металлами с низкими точками плавления. То есть, во время сплавления металлов посредством или дуговой плавки, или высокотемпературного процесса спекания металлы с низкими точками плавления, La и Ce, плавятся раньше, чем металлы с более высокими точками плавления. Поэтому как процесс дуговой плавки, так и процесс высокотемпературного спекания вызывают испарения металлов с низкой точкой плавления и сегрегацию полученных сплавов.

Целью настоящего изобретения является, поэтому, обеспечение способа получения сплава, содержащего окклюдированный водород, в котором могут быть преодолены вышеуказанные проблемы и в котором механически образуется сплав, содержащий окклюдированный водород, имеющий улучшенные исходные характеристики разряда. В вышеуказанном способе LaNi₅ сплав или CaCu₅ сплав Mm-Mn-Ni-Al-Co-сплавов смешивают со сплавом с фазами Лавеса Zr-Mn-V-Cr-Ni сплавов в порошкообразную смесь сплава, после чего к порошкообразной смеси сплава с использованием высокоскоростной шаровой мельницы с истирателем прикладывают механическое воздействие, вследствие чего механически образуется сплав, содержащий окклюдированный водород. В вышеприведенном способе во время механического сплавления легко регулируют марганцевый компонент.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение сплава, содержащего окклюдированный водород, полученного вышеприведенным способом.

Для того, чтобы достичь вышеуказанных целей, настоящее изобретение обеспечивает способ получения сплава, содержащего окклюдированный водород, включающий стадии смешивания порошкообразного сплава с фазами Лавеса Zr-Mn-V-Cr-Ni сплавов или с порошкообразным LaNi₅ сплавом или с редкоземельными металлами, например, La, Ce, Pr и Nd и порошкообразным CaCu₅ сплавом Mm-Mn-Ni-Al-Co сплавов, вследствие чего образуется порошкообразная смесь сплава; приложение к порошкообразной смеси сплава механического воздействия путем использования высокоскоростного шарового измельчения с применением шаровой мельницы с истирателем, вследствие чего осуществляют механическое сплавление порошкообразной смеси сплава в порошок сплава; удаление остаточных газов из порошка сплава и испытание окклюзивных свойств сплава в отношении водорода.

На чертеже представлен вид в разрезе, показывающий конструкцию приспособления для механического сплавления, используемую для получения сплава, содержащего окклюдированный водород, в соответствии с настоящим изобретением.

В способе получения сплава этого изобретения, содержащего окклюдированный водород, 90 - 99 мас.% порошкообразного сплава с фазами Лавеса Zr-Mn-V-Cr-Ni сплавов смешивают с 1 - 10 мас.% или порошкообразного LaNi₅ сплава или порошкообразного CaCu₅ сплава Mm-Mn-Ni-Al-Co сплавов, вследствие чего на первой стадии образуется порошкообразная смесь сплава.

После этого сплав с фазами Лавеса Zr-Mn-V-Cr-Ni сплавов и/или LaNi₅ сплав или CaCu₅ сплав Mm-Mn-Ni-Al-Co сплавов механически сплавляют. Вышеприведенную стадию механического сплавления можно осуществлять посредством высокоскоростного шарового измельчения с использованием шаровой мельницы с истирателем.

Пожалуйста, обратите внимание, что при осуществлении высокоскоростного шарового измельчения могут быть использованы или шаровая вибромельница с истирателем или мельница со встряхиванием.

При высокоскоростном шаровом измельчении шаровая мельница работает при относительно повышенных скоростях вращения: 300 - 700 об/мин в течение 1 - 500 ч. В качестве агента, регулирующего способ, используют 1 - 5 мас.% или стеариновой кислоты, или метанола. Весовое отношение шаров к порошкообразной смеси сплава находится в диапазоне 50:1 - 150:1.

Как показано на фиг. 1, порошкообразную смесь сплава, выходящую с первой стадии, помещают в цилиндр для тонкого размола 20 перед вращающимися стержнями 22 внутри цилиндра 20. Стержни 22 первоначально вращаются посредством управления работающим переключателем (не показан). В результате вращения стержней 22 большинство шаров, содержащихся в цилиндре, сталкивается друг с другом при ниспадании каскадом и вращении в цилиндре 20. Следовательно, к порошкообразной смеси сплава, включающей сплав с фазами Лавеса Zr-Mn-V-Cr-Ni сплавов и/или LaNi₅ сплав или CaCu₅ сплав Mm-Mn-Ni-Al-Co сплавов, в цилиндре 20 прикладывают сильное механическое воздействие посредством шаров 24, вследствие чего она превращается в новый сплав. На вышеуказанной стадии механического сплавления температура внутри цилиндра 20, благодаря механическому соударению шаров 24, возрастает.

Возрастание температуры внутри цилиндра 20 снижают посредством охлаждающей воды, протекающей в камеру охлаждения, расположенную между цилиндром 20 и кожухом для охлаждения 18, окружающим цилиндр 20. В этом случае охлаждающая вода протекает в камеру на нижнюю сторону кожуха 18 и вытекает из камеры на верхней стороне кожуха 18. Направление течения охлаждающей воды показано стрелками на чертеже.

Вышеприведенный новый сплав, образованный посредством стадии механического сплавления, в свою очередь нагревают в вакууме до 350 - 600^oC. Поэтому остаточные газы, например H₂O, O₂ и (OH)₂, удаляют из сплава через отверстие для выпуска газа 12 приспособления.

После удаления из сплава остаточных газов перед выбором эксплуатационных характеристик сплава, содержащего окклюдированный водород, испытывают исходные характеристики разряда, характеристики разряда, характеристики окклюзии водорода и характеристики разряда водорода полученного сплава.

В вышеприведенном способе как стадию образования, так и стадию нагрева можно осуществлять после стадии удаления остаточного газа. Вышеуказанная стадия образования представляет стадию формирования сплава, не содержащего остаточных газов, в гранулу сплава, в то время как вышеуказанная стадия нагрева представляет стадию для создания однородного качества гранулы сплава. На стадии обработки нагревом гранулу сплава нагревают при 500 - 700^oC или в инертной атмосфере или в вакууме.

В вышеприведенном способе получения сплава, содержащего окклюдированный водород, сплавы с фазами Лавеса используют в качестве основного металла, для того, чтобы улучшить не только характеристики разряда и характеристики окклюзии водорода, но также преодолеть проблемы, вызванные циклическими исходными характеристиками. Сплав этого изобретения улучшает таким образом разрядную емкость катода. В вышеприведенном способе механически сплавляют необработанный сплав или порошкообразный CaCu₅ сплав, имеющий существенный недостаток в характеристиках окклюзии газа. Порошкообразный необработанный сплав таким образом равномерно распределяется в сплаве с фазами Лавеса или основном металле. В этом отношении способ этого изобретения дает возможность получить превосходный сплав, содержащий окклюдированный водород, имеющий преимущества как сплава с фазами Лавеса, так и CaCu₅ сплава.

Вышеприведенная стадия механического сплавления представляет твердофазную стадию реакции. Таким образом, в способе этого изобретения легко сплавляют редкоземельные металлы с низкой точкой плавления, например La и Ce, которые являются легирующими элементами CaCu₅ сплавов. В вышеприведенном способе предотвращают также марганец или легирующий элемент сплавов с фазами Лавеса от испарения или превращения в различные разновидности, вследствие чего во время механического сплавления легко регулируют марганцевый компонент.

Понятно, что описав конкретные предпочтительные варианты изобретения со ссылкой на сопровождающий чертеж, это изобретение не ограничивают этими определенными вариантами, при этом специалистам в данной области без отклонения от области или сущности изобретения, которая определена в приложенной формуле изобретения, могут быть сделаны различные изменения и модификации.

Представлены сплав, содержащий окклюдированный водород, и способ его получения. При использовании вышеуказанного способа механически образуется сплав, содержащий окклюдированный водород, имеющий улучшенные исходные характеристики разряда. В вышеприведенном способе смешивают или порошкообразный LaNi₅ сплав или редкоземельные металлы, например La, Ce, Pr и Nd, и порошкообразный CaCu₅ сплав M_m - Mn - Ni - Al - Co сплавов с порошкообразным сплавом с фазами Лавеса Zr - Mn - V - Cr - Ni сплавов в порошкообразную смесь сплава. После чего к смеси сплава прикладывают механическое воздействие посредством высокоскоростной шаровой мельницы с истирателем, вследствие чего механически образуется сплав, содержащий окклюдированный водород. Во время получения сплава, содержащего окклюдированный водород, путем механического сплавления в вышеприведенном способе легко регулируют марганцевый компонент. 1 ил.

1. Способ получения сплава, содержащего окклюдированный водород, включающий смешивание и измельчение порошкообразных компонентов сплава в шаровой мельнице при приложении высокоскоростного механического воздействия, отличающийся тем, что в качестве порошкообразных компонентов используют порошки сплава с фазами Лавеса Zr - Mn - V - Cr - Ni сплавов, которые смешивают с порошкообразным LaNi₅ сплавом или редкоземельными металлами, например La, Ce, Pr и Nd, порошкообразным CaCu₅ сплавом Mm - Mn - Ni - Al - Co сплавов, механическое воздействие в виде высокоскоростного шарового измельчения производят с использованием шаровой мельницы с истирателем, а после механического воздействия осуществляют удаление из порошка сплава остаточных газов и испытание окклюзивных свойств порошка сплава в отношении водорода. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическое воздействие осуществляют с использованием вибромельницы с истирателем или мельницы со встряхивателем. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что высокоскоростное шаровое измельчение осуществляют при частоте вращения шаровой мельницы 300 - 700 мин^-1, времени обработки 1 - 500 ч с использованием стеариновой кислоты или метанола и при массовом отношении шаров к порошкообразной смеси сплава (50 : 1) - (150 : 1). 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия удаления остаточных газов включает стадию образования гранулы из порошка сплава и стадию нагрева при 500 - 700^oС в инертной атмосфере или в вакууме для создания однородного качества гранулы сплава. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество сплава с фазами Лавеса Zr - Mn - V - Cr - Ni сплавов составляет 90 - 99 мас.%, в то время как количество LaNi₅ сплава или CaCu₅ сплава Mm - Mn - Ni - Al - Co сплавов составляет 1 - 10 мас.%. 6. Сплав для материала катодов водородно-никелевых элементов, содержащий окклюдированный водород, отличающийся тем, что он получен способом по п.1.1