СПЛАВ, АККУМУЛИРУЮЩИЙ ВОДОРОД
ALLOY ACCUMULATING HYDROGEN

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе титана, используемых для аккумулирования водорода с целью применения его в различных экологически чистых энергетических устройствах и химических технологиях.
Интерметаллид TiFe является одним из наиболее известных водородаккумулирующих сплавов на основе титана. Однако это соединение характеризуется значительной разницей давлений водорода (гистерезисом) в процессах поглощения и выделения водорода и трудностью в активации.
1-Х
Х
0,98
0,02
0,96
0,04
0,94
0,06
0,90
0,10
0,96
0,04
2
2
0,9
0,1
2
2
0,8
0,2
2
2
3
3
3
Известен сплав на основе титана, состав которого описывается формулой TiFeAl, где Х=0,04 ÷ 0,2 [1, стр.94]. Там же указывается, что замещение железа алюминием в соединении TiFe понижает давление плато, уменьшает сорбционную емкость и облегчает активацию. Этот сплав принят за прототип, и его химический состав содержит, мас. %: титан 46,7-48,9; алюминий 1,1-5,5; железо - остальное. Активация сплава осуществлялась в течение 5 дней. Для полной (завершенной) активации необходимо провести примерно 25 циклов «абсорбция-десорбция водорода» [2]. Впоследствии были сделаны некоторые уточнения в области стабильности гидридных фаз, а именно: «Плато давлений у гидридных фаз соединений TiFeAl и TiFeAl повсеместно выше, чем у TiFe, тогда как у TiFeAl и TiFeAl они ниже» [3]. Сорбционная емкость при десорбции водорода при 50°С составила: для TiFeAl - 1,072 мас. % Н (121 дмН/кг сплава); для TiFeAl - 0,991 мас. % Н (112 дмН/кг сплава); для TiFeAl - 0,666 мас. % Н (75 дмН/кг сплава) [1, стр.186].
Сплав-прототип имеет очень большое время активации и небольшую сорбционную емкость, особенно при повышенном содержании алюминия.
Техническим результатом на которое направлено изобретение является повышение активности сплава для уменьшения времени активации и увеличение сорбционной емкости сплава на основе титана.
Поставленная задача достигается тем, что сплав, содержащий титан, железо и алюминий, дополнительно содержит кальций и магний при следующем соотношении компонентов, мас. %: титан 46,3-48,8; алюминий 0,14-2,87; кальций 0,06-1,24; магний 0,08-1,61; железо - остальное.
1-Х
Х
Предварительно была изготовлена лигатура, в которую полностью вошли алюминий, кальций и магний. Предлагаемый сплав может быть выражен формулой TiFeА, где А - лигатура, имеющая следующий состав компонентов, мас. %: кальций 21-23, магний 28-30, алюминий - остальное; X=0,01÷0,2.
Для получения сплава были подготовлены три состава компонентов, содержащих титан, железо, а также алюминий, кальций и магний, входящих в лигатуру. Указанные составы и их влияние на сорбционные свойства сплава представлены в таблице.
Каждый состав сплава сплавлялся в дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом на медном водоохлаждаемом поду в атмосфере аргона.
Сплав активировался водородом при давлении 3 МПа и температуре 20°С. Время активации составлял период от начала обработки сплава водородом до разогрева реактора.
Таблица
Компоненты
Состав сплава, мас. %
1
2
3
Титан
46,3
47,5
48,8
Алюминий
0,14
1,47
2,87
Кальций
0,06
0,64
1,24
Магний
0,08
0,82
1,61
Железо
остальное
остальное
остальное
Сорбционные свойства
Время активации, ч
48
43
40
Абсорбционная емкость, дм<sup>3</sup>Н<sub>2</sub>/кг сплава
212
225
230
Десорбционная емкость, дм<sup>3</sup>Н<sub>2</sub>/кг сплава
165
160
152
Определение сорбционной емкости сплава при поглощении водорода осуществлялось при 20°С методом прямой абсорбции водорода, согласно которому количество поглощенного водорода определяется по уравнению состояния газа в зависимости от изменения его давления в системе известного объема [4, стр.14-19]. Время приближения к равновесию составляло 15 ч и более. Для определения давления водорода применялся образцовый манометр типа МО модели 1231. Для определения расхода газа при десорбции водорода при 50°С был применен барабанный газовый счетчик типа ГСБ-400.
Источники информации
1. Сплавы-накопители водорода. Справ. изд.: Б. А. Колачев, Р. Е. Шалин, А. А. Ильин. - М.: Металлургия, 1995. - 384 с.
2. G. Bruzzone, G. Costa, M. Ferretti and G. L. Olcese. Hydrogen storage in aluminium-substituted TiFe compounds // Int. J. Hydrogen Energy, Vol.6. P. 181-184. Pergamon Press Ltd. 1981. Printed in Great Britain. © International Association for Hydrogen Energy.
3. S. H. Lim and Jai-Young Lee. The effects of aluminium substitution in TiFe on its hydrogen absorption properties // Journal of the Less-Common Metals, Vol.97. 1984. P. 65-71.
4. В. И. Михеева. Гидриды переходных металлов. М.: Изд-во АН СССР. - 1960. - 212 с.