輕質(zhì)及含鎂高熵合金的設(shè)計(jì)、微觀組織及儲(chǔ)氫性能研究.pdf

1、鎂具有單位儲(chǔ)氫量大，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但是其吸放氫條件苛刻且動(dòng)力學(xué)較差，目前對(duì)其鎂基儲(chǔ)氫合金的改善均有其不足之處。合金化是改善合金儲(chǔ)氫性能的重要方法，為了獲得儲(chǔ)氫性能好的合金，本文采用高熵合金的設(shè)計(jì)理念，利用機(jī)械合金化的方法制備含鎂高熵合金，用真空熔煉制備含輕質(zhì)稀土元素Sc的AB2型Laves相儲(chǔ)氫合金。采用X射線衍射分析、電子顯微鏡(SEM、TEM)、吸放氫以及電化學(xué)性能測(cè)試對(duì)所制樣品組織結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)氫及電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。具體研究?jī)?nèi)容和

2、結(jié)果如下:
　　本文設(shè)計(jì)了一系列含鎂高熵合金，采用高能球磨制備并對(duì)樣品進(jìn)行XRD測(cè)試，再利用Miedema模型理論計(jì)算了含鎂多元高熵合金的混合焓、混合熵等熱力學(xué)參數(shù)，并計(jì)算合金的原子尺寸參數(shù)。結(jié)合計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出含鎂高熵合金的相形成規(guī)律與熱力學(xué)參數(shù)和原子尺寸的關(guān)系。結(jié)果表明，當(dāng)合金形成單相固溶體時(shí)，8％＜δ＜10％，1＜Ω＜13，或者-12＜ΔHmix＜-1.5，14％＜ΔRmax＜18.5％。理論計(jì)算的結(jié)果可以初步預(yù)判

3、多組元是否能形成固熔相，為以后設(shè)計(jì)含鎂高熵合金提供了理論依據(jù)。
　　通過XRD、SEM、TEM等常用表征方法，研究了合金中Mg的固溶問題，發(fā)現(xiàn)Mg在多組元合金中可以固熔形成單相組織，沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)態(tài)的Mg存在，進(jìn)一步證明了機(jī)械合金化可以合成含鎂高熵合金。還進(jìn)一步研究了MgTiVNiM(M=Al、Co、Fe、Cu、Mn、Cr)合金的儲(chǔ)氫和電化學(xué)性能，研究表明，含鎂高熵合金的儲(chǔ)氫熱力學(xué)苛刻，儲(chǔ)氫量和電化學(xué)容量低，循環(huán)穩(wěn)定性差，300℃的

4、最大儲(chǔ)氫量為1.1wt％(M=Fe)，且電化學(xué)容量最大為170.9mAh/g。
　　本文還研究了Sc基AB2型Sc0.8Zr0.1Y0.1Mn2-xNix(x=0～2)儲(chǔ)氫合金的微觀組織結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能。研究結(jié)果表明，合金鑄態(tài)組織主要由Laves主相和少量ScNi及富Y的第二相組成，其中稀土Sc和Y元素易與Ni形成相應(yīng)的金屬間化合物相。隨Ni含量x的增加，合金基體的Laves相組織結(jié)構(gòu)由C14型向C15型轉(zhuǎn)變，x=0.0時(shí)，合金組織

5、基本為C14型Laves相單相組織，x=2.0時(shí)，合金組織則完全轉(zhuǎn)變?yōu)镃15型Laves相單相組織。Ni元素替代Mn對(duì)合金的氣態(tài)吸放氫動(dòng)力學(xué)行為和吸氫PCT曲線影響較大。隨Ni含量的增加，合金吸氫動(dòng)力學(xué)與活化性能逐漸變慢，但其放氫溫度明顯降低，氫化物生成焓減小(-18.72～-35.05kJ/mol)，儲(chǔ)氫平臺(tái)壓升高，儲(chǔ)氫容量降低;室溫時(shí)合金最大儲(chǔ)氫量達(dá)2.18wt％，儲(chǔ)氫后其晶格膨脹率ΔV/V為10.63～27.32％，吸氫前后合金主