多元合金化和球磨改性處理對(duì)Ti-V-Fe系儲(chǔ)氫合金的微結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)氫性能的影響.pdf

1、本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外BCC固溶體型儲(chǔ)氫合金的研究進(jìn)展進(jìn)行全面綜述的基礎(chǔ)上，選擇具有高吸氫量的Ti-V-Fe系儲(chǔ)氫合金為研究對(duì)象，通過(guò)XRD、SEM、EDS分析以及吸放氫性能測(cè)試等手段，比較系統(tǒng)地研究了中V含量和高V含量的兩種系列Ti-V-Fe三元合金的微結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能，以及多元合金化和球磨改性處理對(duì)優(yōu)選合金的微結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能的影響規(guī)律，力求進(jìn)一步提高Ti-V-Fe系儲(chǔ)氫合金的綜合性能。 對(duì)中V含量的Ti100-x-yVxFey(x=5

2、4，49，44；y=5，7.5，10)系三元合金的研究表明：該系列合金主要由體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)的固溶體相組成，其中Ti41V54Fe5合金中還含有少量的α-Ti第二相。儲(chǔ)氫性能測(cè)試表明：該系列合金的動(dòng)力學(xué)性能很好，在室溫和4MPa初始?xì)鋲簵l件下首次吸氫時(shí)，無(wú)需氫化孕育期就能快速吸氫；活化后的合金吸氫速度極快，只需3min左右即可吸氫飽和；隨著Ti、Fe含量的增加和V含量的減少，合金的室溫最大吸氫量、300℃有效放氫量以及放氫效率均隨

3、之增加。在所研究的合金中，Ti46V44Fe10合金的綜合性能相對(duì)較好：經(jīng)4次吸放氫循環(huán)即可活化，室溫最大吸氫量可達(dá)372.4ml/g，300℃有效放氫量達(dá)到238.5ml/g。 為了提高合金的最大吸氫容量及絕對(duì)有效放氫量，并降低合金的放氫溫度，本文進(jìn)一步系統(tǒng)研究了高V含量的(Ti0.1V0.9)100-xFex(x0，2，4，6)系三元合金的微結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能。結(jié)果表明：該系列合金均由單一的BCC固溶體相組成；合金的點(diǎn)陣常數(shù)隨著

4、Fe含量的增加呈線(xiàn)性遞減，晶胞體積也隨之降低。隨著Fe含量從x=0增加至x=6，合金的活化次數(shù)由4次降為2次，10℃最大吸氫量從509.5ml/g逐漸降至424.8ml/g，而50℃有效放氫量先升后降，并在x=4時(shí)達(dá)到最高值255.6ml/g。在所研究的合金中，Ti9.6V86.4Fe4合金具有較佳綜合性能：經(jīng)2次吸放氫循環(huán)即可活化，10℃最大吸氫量達(dá)到494.5ml/g，50℃有效放氫量為255.6ml/g。對(duì)Ti9.6V86.4Fe

5、4合金在吸放氫過(guò)程中的物相分析表明，此類(lèi)合金的有效放氫率偏低的主要原因是由于P-C-T放氫曲線(xiàn)的低平臺(tái)壓力較低、合金中VH0.81基氫化物相難以分解脫氫造成的。 在三元合金的研究基礎(chǔ)上，本文對(duì)優(yōu)選出的Ti9.6V86.4Fe4合金進(jìn)行了復(fù)合球磨改性研究。研究表明，經(jīng)1h真空機(jī)械球磨制備的Ti9.6V86.4Fe4+10wt％Ti0.9Zr0.1Mn1.5復(fù)合物由BCC固溶體主相和C14型Laves第二相組成。與鑄態(tài)Ti9.6V8

6、6.4Fe4合金相比，球磨復(fù)合物的BCC主相晶胞體積略有增大；活化性能得到極大改善，首次吸氫即能活化；室溫最大吸氫量有所降低(459.8ml/g)，但P-C-T放氫平臺(tái)特性和滯后現(xiàn)象有了一定改善，其50℃有效放氫量也有所提高(268.5ml/g)。 在優(yōu)選出的Ti9.6V86.4Fe4合金的基礎(chǔ)上，本文又進(jìn)一步研究了Cr部分取代V對(duì)Ti9.6V86.4-xCrxFe4(x=11，12，13，14)系四元合金微結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能的影響

7、。研究表明：該系列合金均由單一的BCC固溶體相組成，合金的點(diǎn)陣常數(shù)隨著Cr含量的增加呈線(xiàn)性遞減，晶胞體積也隨之降低。該系列合金的動(dòng)力學(xué)性能均較好，在10℃和4MPa初始?xì)鋲簵l件下，合金無(wú)需氫化孕育期就能快速吸氫，但合金需經(jīng)3～4個(gè)吸放氫循環(huán)才能活化；隨著Cr含量從x=11增加至x=14，合金的10℃最大吸氫量從465.4ml/g逐漸降至419.6ml/g，50℃有效放氫量從282.6ml/g逐漸減至223.5ml/g；但因Cr元素對(duì)該系

8、列合金的放氫平臺(tái)特性有一定的改善作用，故Ti9.6V75.4Cr11Fe4四元合金的50℃有效放氫量(282.6ml/g)仍要大于無(wú)Cr的Ti9.6V86.4Fe4三元合金(255.6ml/g)。在所研究的合金中，Ti9.6V75.4Cr11Fe4合金具有最佳的綜合性能，經(jīng)3次吸放氫循環(huán)即可活化，10℃最大吸氫量為465.4ml/g，50℃有效放氫量達(dá)到282.6ml/g，有效放氫效率達(dá)到了60.72％。 在四元合金的篩選基礎(chǔ)上

9、，本文還進(jìn)一步研究了不同時(shí)間(t=0，1，2，4，8h)的機(jī)械球磨改性處理對(duì)Ti9.6V75.4Cr11Fe4合金微結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能的影響。研究表明：Ti9.6V75.4Cr11Fe4合金在球磨前后都是由單一的BCC固溶體相組成；隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，合金的點(diǎn)陣常數(shù)及晶胞體積逐漸減小。球磨改性處理能有效地改善合金的活化性能，活化次數(shù)由球磨前的3次降至球磨后的1～2次；合金在球磨前后的動(dòng)力學(xué)性能均很好，首次吸氫時(shí)無(wú)需氫化孕育期就能快速吸氫；活