Nb-Ni-Ti三元合金組織演化與滲氫性能研究.pdf

1、本文根據(jù)“多相構(gòu)成,功能分擔(dān)”的Nb-Ni-Ti滲氫合金設(shè)計(jì)理念,選擇了19種成分的Nb-Ni-Ti三元合金進(jìn)行配制熔煉,利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀等手段分析了Nb-Ni-Ti三元合金鑄態(tài)組織與結(jié)構(gòu),研究了Nb-Ni-Ti合金鑄態(tài)組織隨合金成分的變化規(guī)律,從而獲得了理想滲氫合金組織構(gòu)成的成分范圍。利用Bridgman定向凝固裝置對Nb19Ni41Ti40合金進(jìn)行不同抽拉速度下的定向凝固實(shí)驗(yàn),研究其在近平衡凝固條件下的定向凝固生長形

2、貌。選擇了8種成分的Nb-Ni-Ti合金進(jìn)行不同條件下的滲氫實(shí)驗(yàn),分析了Nb-Ni-Ti三元合金的滲氫機(jī)理與氫脆機(jī)理。
　　不同類型成分的Nb-Ni-Ti合金鑄態(tài)組織的相組成與相體積分?jǐn)?shù)隨成分的變化規(guī)律不同。得出合金成分位于Nb-NiTi偽二元系統(tǒng)中,并且Nb原子百分含量大于19at.％時(shí),合金由初生相α(Nb)固溶體和二元共晶組織[α(Nb)+NiTi]構(gòu)成,是Nb-Ni-Ti合金滲氫的理想成分范圍。Nb19Ni41Ti40合金

3、定向凝固實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,抽拉速度為5μm/s以下時(shí)可以獲得平界面二元共晶組織定向生長形貌,證明了該成分即為組織完全由二元共晶組織[α(Nb)+NiTi]構(gòu)成的合金共晶點(diǎn)成分。當(dāng)抽拉速度為3μm/s時(shí)共晶組織中α(Nb)固溶體體積分?jǐn)?shù)最高,隨著抽拉速度的增加,共晶間距明顯減小。
　　成分為Nb19Ni41Ti40、Nb22Ni39Ti39、Nb24Ni38Ti38和Nb30Ni35Ti35四種成分合金能夠進(jìn)行持續(xù)的滲氫實(shí)驗(yàn),沒有發(fā)現(xiàn)氫

4、脆斷裂現(xiàn)象。Nb25Ni30Ti45、Nb25Ni35Ti40、Nb25Ni40Ti35和Nb25Ni45Ti30組織中含有脆性相NiTi2金屬間化合物,這些成分的合金膜在滲氫實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生氫脆。通過滲氫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了α(Nb)固溶體和二元共晶[α(Nb)+NiTi]作為理想滲氫合金組織構(gòu)成的正確性。滲氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氫氣通過膜片的流量(J·L)與膜片上下游壓力平方根之差(Pu0.5–Pd0.5)能夠保持較好的線性關(guān)系;Nb-Ni-Ti合金

5、的氫滲透率隨合金成分中Nb的含量以及膜片溫度的增加而增加,擬合得出不同成分下Nb-Ni-Ti三元合金氫滲透率與溫度的關(guān)系方程。Nb30Ni35Ti35合金在673K的溫度下得到的氫滲透率與純Pd在該溫度下相當(dāng)。但溫度較低時(shí),本實(shí)驗(yàn)獲得的Nb-Ni-Ti合金的氫滲透率都低于純Pd。
　　Nb-Ni-Ti合金的氫滲透過程遵循溶解擴(kuò)散過程,經(jīng)歷了溶解吸附、原子擴(kuò)散和解吸的三大過程。Nb-Ni-Ti合金氫脆斷裂屬于穿晶解理斷裂。氫化物在固