Ti-Cr-V系儲氫合金的微結(jié)構(gòu)及儲氫特性研究.pdf

1、本文首先對國內(nèi)外BCC固溶體型儲氫合金的研究進(jìn)展進(jìn)行了全面綜述。在此基礎(chǔ)上,選擇具有高吸氫量的Ti-Cr-V系儲氫合金為研究對象,通過XRD、SEM、EDS分析以及吸放氫性能測試等手段,比較系統(tǒng)地研究了V含量對Ti-Cr-V三元合金微結(jié)構(gòu)和儲氫性能的影響,以及多元合金化和制備工藝對合金微結(jié)構(gòu)和儲氫性能的影響規(guī)律,力求通過合金成分的優(yōu)化和制備工藝的改進(jìn),進(jìn)一步提高Ti-Cr-V系儲氫合金的綜合性能。對(Ti-Cr)100-xVx(x=10

2、-60,Ti/Cr=0.7-0.8)三元合金的研究表明:當(dāng)V含量x≤30時,合金由體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)的釩基固溶體主相和微量α-Ti第二相組成;當(dāng)V含量增至x=45-55時,合金為單一的BCC相;當(dāng)X=60時,合金中出現(xiàn)了少量C15型Laves第二相。儲氫性能測試表明,隨著V含量的增加,合金的活化性能下降;室溫最大吸氫量和90℃有效放氫容量均先增后降,并在x=55時達(dá)到最高值。該系列合金的P-C-T吸放氫平臺壓力滯后都較大。當(dāng)V含量x

3、=55時,合金的綜合性能相對較佳,室溫最大吸氫量可達(dá)396 ml/g,90℃有效放氫容量為216 ml/g。在上述三元合金的研究基礎(chǔ)上,本文系統(tǒng)研究了Zr部分取代對(Ti-Cr)45-xV55Zrx(x=1,3,5,7;Ti/Cr=0.7-0.8)合金微結(jié)構(gòu)及儲氫性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)Zr含量x=1時,合金由BCC釩基固溶體主相和微量α-Zr第二相組成;當(dāng)Zr含量增至x=3-7時,合金由BCC釩基固溶體主相和α-ZrCr2第二相組成。

4、儲氫性能測試表明,隨著Zr含量的增加,合金的活化性能得到改善;室溫最大吸氫量和80℃有效放氫容量均先增后降,并在x=5時達(dá)到最高值;P-C-T曲線滯后減小,平臺傾斜度增大。在所研究的合金中,(Ti-Cr)40V55Zr5合金的綜合性能最佳,經(jīng)2次吸放氫循環(huán)即可活化,室溫最大吸氫量可達(dá)403 ml/g,80℃有效放氫容量達(dá)到230 ml/g。在上述四元合金的研究基礎(chǔ)上,本文又進(jìn)一步研究了熱處理(1473K×2h or6 h)和真空快淬對T

5、i-Cr-V-Zr四元合金微結(jié)構(gòu)及儲氫性能的影響。對(Ti-Cr)45-xV55Zrx(x=3,5)合金的熱處理研究表明:熱處理后合金仍由BCC釩基固溶體主相和α-ZrCr2第二相組成,并有少量第三相出現(xiàn)。儲氫性能測試表明,熱處理后合金的活化性能均得到一定程度改善;合金的P-C-T特性得到有效改善,吸放氫壓力滯后性和平臺傾斜度減小,α區(qū)域也有一定程度減小。在所研究的合金中,經(jīng)1473K×2h熱處理的(Ti-Cr)40V55Zr5合金的綜

6、合性能最佳,室溫最大吸氫量達(dá)到401ml/g,而80℃有效放氫量增加至240ml/g。對真空快淬(Ti-Cr)40V55Zr5合金的研究表明:合金中原有的α-ZrCr2第二相含量基本消失,BCC主相豐度明顯升高,但主相晶胞體積由快淬前的0.02782nm3降低為快淬后的0.02773nm3。真空快淬后合金的吸氫動力學(xué)性能有所下降,最大吸氫量也明顯降低,80℃有效放氫量由快淬前的230ml/g降到了快淬后的196ml/g,有效放浙江大學(xué)碩

7、士學(xué)位論文氫率降低。為了考察用釩鐵合金替代高純釩以降低此類合金成本的可行性,本文選用Fe部分取代Til7C幾3V55Zr5合金中的V,系統(tǒng)地研究了Ti17C幾3V55-x Zr5Fex(x=11,12,14,16)合金的相結(jié)構(gòu)及儲氫性能。結(jié)果表明,合金的主相為BCC釩基固溶體,第二相為6一FeCr相和a一ZrCrZ相;隨Fe含量的增加,BCC主相含量和晶胞體積逐漸降低,a一FeCr相含量逐漸增多,而a一ZrCrZ相基本不變。儲氫性能測試