Ti-Zr-Mn-Cr基Laves相多元合金的相結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能.pdf

1、本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外Ti-Mn基Layes相儲(chǔ)氫合金的研究進(jìn)展進(jìn)行全面綜述的基礎(chǔ)上，選擇具有較高吸放氫量的Ti-Zr-Mn-Cr系儲(chǔ)氫合金為研究對(duì)象，通過(guò)多元合金化、復(fù)合球磨改性等途徑進(jìn)一步研究改善合金的綜合儲(chǔ)氫性能。實(shí)驗(yàn)采用XRD、SEM、EDS等材料分析技術(shù)以及氣態(tài)吸放氫性能測(cè)試手段，比較系統(tǒng)地研究了不同Zr含量和Cr含量的Ti-Zr-Mn-Cr系四元合金、不同第五取代元素的Ti-Zr-Mn=Cr-M(M=V，F(xiàn)e，Ni，Cu)系五元合金

2、以及不同Mn含量的Ti-Zr-Mn-Mo-Cr-V系含Mo六元合金的相結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能，并探索了添加Ti-Mn系Laves相合金復(fù)合球磨對(duì)Ti-V-Fe系BCC儲(chǔ)氫合金的催化改性作用。 通過(guò)對(duì)Ti<,1.0>Zr<,0.1>Mn<,2-x>Cr<,x>(x=0.8，0.9，1.0，1.1，1.2)系和Ti<,1.1-x>Zr<,x>MnCr(x=0，0.05，0.1，0.15，0.2)系四元儲(chǔ)氫合金的研究表明：所有合金都具有C14

3、型Laves主相結(jié)構(gòu)，且合金的晶胞體積隨著Zr含量(或Cr含量)的增加而逐漸增大。儲(chǔ)氫性能測(cè)試表明：合金的活化性能隨著Zr含量(或Cr含量)的增加而得到改善，其中，無(wú)Zr的Ti<,1,1>MnCr三元合金在室溫和8 MPa氫壓的實(shí)驗(yàn)條件下不能活化吸氫；Ti<,1.05>Zr<,0.05>MnCr和Ti<,1.0>Zr<,0.1>Mn<,1.2>Cr<,0.8>合金分別需要經(jīng)過(guò)4次循環(huán)(室溫和7 MPa初始?xì)鋲?和5次循環(huán)(室溫和6 MP

4、a初始?xì)鋲?才能活化，且首次吸氫時(shí)需要經(jīng)過(guò)一小段氫化孕育期才開(kāi)始吸氫；其余合金在室溫和6 MPa初始?xì)鋲合陆?jīng)過(guò)3次循環(huán)就可活化，且首次吸氫時(shí)無(wú)需氫化孕育期就能快速吸氫。合金活化后的吸氫動(dòng)力學(xué)性能較好，吸氫速度極快，只需3-5 min左右即可基本吸氫飽和。隨著Zr含量的增加，合金的室溫最大吸氫量逐漸增加，放氫截止壓為0.1/MPa的室溫有效放氫量先降后增；隨著Cr含量的增加，合金的室溫最大吸氫量先增后降，室溫有效放氫量也是先增后降。在所研

5、究的合金成分中，Ti<,0.9>Zr<,0.2>MnCr合金的綜合性能最佳：經(jīng)3次吸放氫循環(huán)即活化，室溫最大吸氫量可達(dá)2.02wt.％，放氫截止壓為0.1 MPa的室溫有效放氫量達(dá)到1.63wt.％。 通過(guò)V、Fe、Ni、Cu部分取代Cr的途徑，對(duì)Ti<,1.0>Zr<,0.1>MnCr<,0.8>M<,0.2>(M=V, Fe，Ni，Cu)系五元儲(chǔ)氫合金的相結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：少量V、Fe、Ni、Cu對(duì)Cr的部

6、分取代都不會(huì)改變合金的相組成，并且能很好地改善合金的活化性能，在室溫和6 MPa初始?xì)鋲簵l件下首次吸氫便可完全活化(無(wú)需氫化孕育期)，吸氫速度極快，尤其是V的取代改性效果最為明顯。V、Ni、Cu的取代導(dǎo)致合金晶胞體積增大，吸氫量增大，其中加入V后合金吸氫量達(dá)到2.04 wt.％；Fe的取代導(dǎo)致合金晶胞體積減小，吸氫量減小，但其放氫截止壓為0.1 MPa的室溫有效放氫量卻達(dá)到1.61wt.％。 對(duì)不同Mn含量的Ti<,0.95>Z

7、r<,0.15>Mn<,1.4+x>Mo<,0.1>Cr<,0.2>V<,0.2>(x=0.0，0.1，0.2，0.3)系含Mo六元合金的相結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能的研究表明：所有合金均具有C14型Laves主相結(jié)構(gòu)，且合金的晶胞體積隨著Mn含量x的增加而逐漸減小。所有合金都有較好的活化性能，在室溫和4 MPa初始?xì)鋲合陆?jīng)過(guò)2次循環(huán)即可活化，只是首次吸氫時(shí)需要30 min以上的吸氫孕育期，且合金的首次吸氫孕育期隨著Mn含量的增加而延長(zhǎng)。隨著Mn含

8、量的增加，合金的室溫最大吸氫量逐漸減小，而放氫截止壓為0.1 MPa的室溫有效放氫量逐漸增大，其中，Ti<,0.95>Zr<,0.15>Mn<,1.4>Mo<,0.1>Cr<,0.2>V<,0.2>合金具有最高的室溫吸氫量(2.01 wt.％)，而Ti<,0.95>Zr<,0.15>Mn<,1.7>Mo<,0.1>Cr<,0.2>V<,0.2>合金具有最高的室溫有效放氫量(1.76wt.％)。為探究Ti-Mn基Laves相合金對(duì)Ti-V

9、-Fe系BCC合金的催化改性作用，在Ti<,9.6>V<,86.4>Fe<,4>中摻入10wt.％的Ti<,0.9>Zr<,0.1>Mn<,1.5>進(jìn)行復(fù)合球磨，對(duì)比研究了鑄態(tài)合金和球磨復(fù)合物的相結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能。結(jié)果表明：Ti<,9.6>V<,86.4>Fe<,4>鑄態(tài)合金具有體心立方(BCC)的固溶體單相結(jié)構(gòu)；當(dāng)添加10wt.％Ti<,0.9>Zr<,0.1>Mn<,1.5>復(fù)合球磨后，復(fù)合物由BCC主相和C14型Laves第二相組成