专利摘要

一种纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法，属于材料制备技术领域，采用剧烈塑性变形技术对镁镍合金进行加工，使其显微组织得到充分细化，其中的Mg2Ni相尺寸降低到纳米级，然后将基体部分的镁腐蚀掉，将腐蚀产物过滤干燥，从而得到颗粒尺寸均匀的纳米级粉体Mg2Ni。本发明工艺简单可靠，成本低，得到的纳米级粉体Mg2Ni具有和球墨方法相当的尺寸，由于在制备过程中经历过剧烈塑性变形，Mg2Ni的晶体中保留较大的位错密度和晶格畸变，这对其储氢性能具有较大的提高。

权利要求

1.一种纳米级粉体Mg₂Ni化合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将镍加入熔化后的镁中，经搅拌、精炼处理后浇铸成镁镍合金铸锭；

2）将镁镍合金铸锭进行均匀化热处理；

3）对热处理后的镁镍合金铸锭进行等通道转角挤压；

4）将等通道转角挤压处理后的合金通过多道次拉拔成镁镍合金丝或者轧制加工成镁镍合金箔；

5）将镁镍合金丝或镁镍合金箔浸泡于酸性溶液中，将基体的镁腐蚀掉，然后将腐蚀去除基体镁的产物以离心分离或者过滤的方法，分离取得固体颗粒物，经干燥得纳米级Mg₂Ni化合物。

2.根据权利要求1所述纳米级粉体Mg₂Ni化合物的制备方法，其特征在于：所述合金铸锭中，镍占合金铸锭总质量的5.0～40.0%。

3.根据权利要求1所述纳米级粉体Mg₂Ni化合物的制备方法，其特征在于：所述均匀化热处理的温度条件为500℃。

4.根据权利要求1所述纳米级粉体Mg₂Ni化合物的制备方法，其特征在于：所述等通道转角挤压处理时变形温度条件为200℃～250℃，采用多道次加工。

5.根据权利要求1所述纳米级粉体Mg₂Ni化合物的制备方法，其特征在于：所述镁镍合金丝的直径在0.5mm以下。

6.根据权利要求1所述纳米级粉体Mg₂Ni化合物的制备方法，其特征在于：所述镁镍合金箔的厚度在0.5mm以下。

7.根据权利要求1所述纳米级粉体Mg₂Ni化合物的制备方法，其特征在于：所述酸性溶液为稀硝酸、稀盐酸或稀乙酸的水溶液。

8.根据权利要求1所述纳米级粉体Mg₂Ni化合物的制备方法，其特征在于：所述酸性溶液为浓氯化铵，或浓硝酸铵的水溶液。

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，特别是涉及一种纳米级粉体Mg₂Ni化合物的制备方法。

背景技术

氢能是一种清洁高效的能源，也是未来能源的重要发展方向，其中新型高性能储氢材料是氢能技术取得突破的关键。Mg₂Ni化合物是一种具有较高储氢能力和良好吸放氢动力学的材料。Mg₂Ni粉体材料一般是通过快速熔化凝固法制备，即先将镁和镍熔炼成合金化合物铸锭，再通过加热熔化离心分离的方法制备成粉体材料，随后再采用球磨和机械合金化方法制备出的纳米级粉体储氢材料，其制备工艺复杂且周期长，球磨过程中需要气氛保护，因此材料制备成本较高。

发明内容

本发明目的是提出一种制备成本低的纳米级粉体Mg₂Ni化合物的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将镍加入熔化后的镁中，经搅拌、精炼处理后浇铸成镁镍合金铸锭；

2）将镁镍合金铸锭进行均匀化热处理；

3）对热处理后的镁镍合金铸锭进行等通道转角挤压；

4）将等通道转角挤压处理后的合金通过多道次拉拔成镁镍合金丝或者轧制加工成镁镍合金箔；

5）将镁镍合金丝或镁镍合金箔浸泡于酸性溶液中，将基体的镁腐蚀掉，然后将腐蚀去除基体镁的产物以离心分离或者过滤的方法，分离取得固体颗粒物，经干燥得纳米级Mg₂Ni化合物。

本发明采用剧烈塑性变形技术对镁镍合金进行加工，使其显微组织得到充分细化，其中的Mg₂Ni相尺寸降低到纳米级，然后将基体部分的镁腐蚀掉，将腐蚀产物过滤干燥，从而得到颗粒尺寸均匀的纳米级粉体Mg₂Ni。

本发明工艺简单可靠，成本低，而得到的纳米级粉体Mg₂Ni具有和球墨方法相当的尺寸，由于在制备过程中经历过剧烈塑性变形，Mg₂Ni的晶体中保留较大的位错密度和晶格畸变，这对其储氢性能具有较大的提高。

进一步地，Mg₂Ni化合物中镍含量重量百分百约为54.7%，如果直接按照这个比例熔炼，合金中并不会直接形成单一的Mg₂Ni化合物，而是形成Mg₂Ni、MgNi₂和Mg 三种相，其中MgNi₂并没有储氢的作用，而且镍含量过高会造成合金脆性增大，塑性加工性能下降；镍含量过低则合金中的Mg₂Ni相含量太少，无法制备出足够的Mg₂Ni粉体。因此，优选地，本发明所述合金铸锭中，镍占合金铸锭总质量的5.0～40.0%。

所述均匀化热处理的温度条件为500℃。该温度条件下可较好地消除成分偏析。在合金的铸造凝固过程中，在基体晶界上容易形成粗大的共晶组织，粗大的共晶在材料的塑性变形过程中容易发生开裂，造成材料加工性能下降。均匀化处理可以使共晶中的溶质原子通过扩散发生迁移，是共晶尺寸降低。

所述等通道转角挤压处理时变形温度条件为200℃～250℃，采用多道次加工。多道次的等通道转角挤压处理加工，在较低的温度下加工显微组织的细化效果较好。通过多道次等通道转角挤压细化显微组织，控制合金相的尺寸。Mg₂Ni相的平均粒径最低可以降低到约100纳米，而后续的拉拔或者轧制工艺可以进一步降低Mg₂Ni相的尺寸，而最终得到的Mg₂Ni粉体的尺寸就保持在这一大小。

所述镁镍合金丝的直径在0.5mm以下。镁镍合金丝直径越小，材料的总变形量越大，合金中Mg₂Ni的尺寸相对也越小，分布约均匀。并且镁镍合金丝直径越小材料的比表面积越大，在腐蚀过程中更容易将基体腐蚀掉，得到Mg₂Ni化合物粉末。

同理，所述镁镍合金箔的厚度在0.5mm以下。

所述酸性溶液为稀硝酸、稀盐酸或稀乙酸的水溶液。在腐蚀的时候，镁镍合金丝或者箔中的镁基体被腐蚀的同时容易中的氢离子也被还原，溶液PH值上升，采用稀酸溶液反应速度比较平缓，可以达到只腐蚀镁基体保留下Mg₂Ni化合物的效果。

所述酸性溶液为浓氯化铵，或浓硝酸铵的水溶液。氯化铵和硝酸铵都是强酸弱碱盐，其水溶液中铵离子水解，溶液呈酸性，但是即使是浓溶液其酸性也较弱，对镁镍合金中的镁基体腐蚀速度较快，而对Mg₂Ni化合物的腐蚀效果较弱，这样容易将Mg₂Ni化合物提取出来。

附图说明

图1为铸态的Mg-10Ni合金扫描电子显微图（放大2000倍）。

图2为拉拔成直径0.3毫米的丝材的Mg-10Ni合金的低倍扫描电子显微图（放大2000倍） 图。

图3为拉拔成直径0.3毫米的丝材的Mg-10Ni合金的高倍扫描电子显微图（放大10000倍）图。

具体实施方式

一、制备步骤如下：

1、将镁熔化后逐渐加入镍，经过搅拌、精炼处理等浇铸成合金铸锭。

本技术针对的镁镍合金的化学成分质量百分比为：镍5.0-40.0%，其余为镁和不可避免的杂质。

下表为各实例的原料配比表（单位为：kg）

2、将各合金铸锭分别进行500℃以下的均匀化处理，消除成分偏析。

3、将各合金铸锭进行等通道转角挤压（equal-channel angular pressing, ECAP），可以重复进行多道次加工，每道次的变形温度在200℃至250℃之间，在较低的温度下加工显微组织的细化效果较好。

4、将等通道转角挤压处理后的镁镍合金通过多道次拉拔成镁镍合金丝或者轧制加工成镁镍合金箔，丝材直径和箔的厚度在0.5mm以下。

5、将镁镍合金丝或者箔浸泡在酸性溶液中，将基体的镁腐蚀掉，然后将腐蚀的产物离心分离或者过滤的方法将固体颗粒物分离出来，干燥可得纳米级的Mg₂Ni粉末。

以上酸性溶液可以是稀硝酸、稀盐酸、乙酸等酸的水溶液，也可以是浓的氯化铵、硝酸铵的水溶液。

二、本技术有两个优点：一是通过多道次等通道转角挤压达到细化显微组织，控制合金相的尺寸的作用。Mg₂Ni相的平均粒径最低可以降低到约100纳米，而后续的拉拔或者轧制工艺可以进一步降低Mg₂Ni相的尺寸，而最终得到的Mg₂Ni粉体的尺寸就保持在这一大小。二是制备成本相对低廉，制备周期较短，能满足批量化的生产要求。

从图1的铸态的Mg-10Ni合金扫描电子显微图可见：白色区域为Mg₂Ni相，呈网格状分布，尺寸非常粗大。

从图2的拉拔成直径0.3毫米的丝材的Mg-10Ni合金的低倍扫描电子显微图可见：白色的Mg₂Ni相尺寸细小，且分布非常均匀。

从图3的拉拔成直径0.3毫米的丝材的Mg-10Ni合金的高倍扫描电子显微图可见：Mg₂Ni相颗粒细小均匀，平均直径在500纳米左右。

一种纳米级粉体Mg2Ni化合物的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。