Склад для поглинання водню

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано в электровакуумном приборостроении, ускорительной технике и други х отраслях, требующих применения материалов, являющихся геттерами водорода. Известен состав для поглощения водорода, содержащий сплав циркония который дополнительно содержит 0,8 - 20мас.% одного или нескольких оксидов вышеперечисленных РЗМ [1]. Основным недостатком данного состава является то, что улучшение динамических характеристик поглощения водорода путем варьирования в заявленном диапазоне соотношения компонентов сплава, неизбежно сопряжено со снижением водородсорбционной емкости. И наоборот, повышение указанным путем емкости по водороду связано с существенным ухудшением динамики его поглощения (см. таблицу). Кроме того, существенный положительный эффект, связанный с ускорением сорбции водорода при более низких температурах, проявляется только в тех случая х, когда известные составы содержат значительные (10 - 20мас.%) количества оксидов РЗМ, являющи хся дорогими и дефицитными материалами. Недостатками известных сплавов являются также необходимость их предварительного измельчения в тонкодисперсный порошок перед насыщением водородом, а также - высокие требования к чистоте последнего (допустимое содержание примесей не более 10-4%). В основу изобретения поставлена задача создания состава для поглощения водорода, в котором новый компонентный состав и соотношение компонентов позволили бы обеспечить оптимальные температуру активации состава и степень его насыщения водородом и за счет этого повысить сорбционную емкость состава при одновременном улучшении динамики его наводороживания. Указанный технический результат достигается тем, что в составе для поглощения водорода, содержащем цирконий, ванадий и железо с добавкой твердофазного оксида, согласно изобретению, в качестве указанной добавки используют оксид бора (III) в количестве от 1 до 5мас.%. Отличительные признаки изобретения "... в качестве добавки используют оксид бора (III) в количестве от 1 до 5мас.%" характеризуют качественный (ингредиенты) и количественный (содержание ингредиентов) состав композиции (сплава). Добавка оксида бора (III) в количестве 1 5мас.% в состав, включающий в качестве компонентов цирконий, ванадий, железо, при сплавлений с исходным материалом образует стабилизированные бором и кислородом интерметаллические h-фазы которые являются активными поглотителями водорода. Заявляемый состав готовят п утем сплавлення исходного сплава цирконий-ванадийжелезо, либо шихты с соответствующим соотношением металлических компонентов, с порошкообразным В ходе сплавлення восстанавливается расплавом образуя при затвердевании интерметаллическую фаз у типа со структурой Являясь неметаллом, бор занимает в указанной фазе позиции кислорода. Борсодержащая h-фаза поглощает большие количества водорода, чем h-фаза, стабилизированная только кислородом - а именно такие фазы образуются при модифицировании сплавов цирконий - переходный металл оксидами металлов. Это подтверждают полученные авторами данные по водородоемкости и фазовому составу предлагаемых сплавов, а также по кристаллохимическим характеристикам продуктов их гидрирования. Оптимальное соотношение компонентов в исходном сплаве соответствует формуле где Полученный продукт, по данным рентгенофазового анализа, содержит фазу интерметаллическую фазу Лавеса и вышеупомянутую h-фаз у Наличие последней фазы, являющейся высокоэффективным поглотителем водорода, обусловливает значительное улучшение водородсорбционных характеристик (увеличение водородоемкости, снижение индукционного периода и времени полного поглощения водорода) заявляемого состава по сравнению с исходным сплавом При количестве менее 1мас.% h-фаза не образуется и существенного улучшения динамики наводороживания состава, по сравнению с исходным сплавом, не происходит. Если содержание выше 5мас.% в получаемом продукте дополнительно появляется фаза двуокиси циркония, не поглощающая водород, т.е. имеет место существенное снижение водородоемкости состава. Пример 1. Сплав состава смешивают с 1мас.% и переплавляют в дуговой печи в а тмосфере аргона. Полученный слиток очищают от поверхностной оксидной пленки, разбивают на куски размером от 1 до 10мм. Навеску полученного материала (200 500мг) загружают в автоклав. Автоклав с образцом материала вакуумируют при 573К до 1Па в течение 30мин, после чего охлаждают до комнатной температуры и подают водород (чистота 99,8%) под давлением 100кПа. Поглощение водорода начинается через 2 - 3с после его подачи и завершается через 40 - 60с. Достигаемая водородоемкость 276нсм 3/г. Поглощение водорода исходным сплавом без добавки при аналогичной предварительной обработке начинается через 20с после подачи водорода. Время поглощения водорода при этом составляет 3 5мин, достигаемая водородоемкость 172нсм 3/г. Пример 2. Шихту состава сплавляют с 3мас.% Дальнейшая последовательность операций аналогична примеру 1, за исключением того, что вакуумирование образца производится при комнатной температуре в течение часа. Индукционный период абсорбции водорода составляет 130с, время поглощения водорода (по истечении индукционного периода) 40 - 50с, достигаемая водородоемкость 240нсм 3/г. Пример 3. Сплав состава переплавляют с 3,26мас.% Продукт содержит в основном h-фазу со следами и Последовательность операций, как в примере 1. Индукционный период сорбции 5с, время поглощения водорода 1мин, водородоемкость 286нсм 3/г. Пример 4. Состав исходного сплава Количество - 3мас.%. Последовательность операций - как в примере 1. Индукционный период сорбции 7с, время поглощения 30 - 40с, водородоемкость 317нсм 3/г. Для исходного сплава без и образцов, содержащих менее 1мас.% (h-фаза отсутствует), индукционный период составляет 120с, время поглощения 1,5 2мин, водородоемкость 212нсм 3/г. Пример 5. Состав исходного сплава и последовательность операций, как в примере 4. Количество - 5мас.%. Индукционный период сорбции - 5с, время поглощения 30 - 40с, водородоемкость 155нсм 3/г. Пример 6. Состав исходного сплава и последовательность операций, как в примерах 4, 5. Количество - 10мас.%. Продукт содержит -фазу и заметное количество Индукционный период сорбции водорода 7с, время поглощения 2,5 - 3мин, водородоемкость 56нсм 3/г. Таким образом, при введении 1 - 5 (оптимально 3,0 - 3,3)мас.% получаемый состав по своим водородсорбционным характеристикам превосходит известные (таблица), даже при значительном содержании оксидов РЗМ в последних. Дополнительными преимуществами заявляемого состава является отсутствие необходимости его дробления до тонкодисперсного состояния и применения особо чистого водорода.