V-Ti-Cr-Fe合金吸放氫性能的研究.pdf

1、本文在閱讀分析國內(nèi)外大量有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，立足于四川攀枝花地區(qū)豐富的釩鈦、釩鐵資源，以國內(nèi)外研究相對成熟的V-Ti-Cr體系為基礎(chǔ)，著力研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的低成本V-Ti-Cr-Fe四元合金體系。 通過成分均勻設(shè)計法、Cr／Fe比、Ti／Cr比和V含量調(diào)整，研究了成分配比對V-Ti-Cr-Fe體系組織結(jié)構(gòu)和吸放氫性能的影響；研究了熱處理對優(yōu)化合金的組織結(jié)構(gòu)及吸放氫性能的影響；研究了用一定量Ni、Mn元素取代V對優(yōu)化合金吸

2、放氫性能的影響規(guī)律；研究了優(yōu)化合金的吸放氫循環(huán)性能，并對影響合金吸放氫性能的因素進(jìn)行了分析。得出了下列主要的研究結(jié)論。 (1)研究了Ti／(Cr+Fe)、Cr／Fe、Ti/Cr以及V含量對V-Ti-Cr-Fe合金吸放氫性能的影響，發(fā)現(xiàn)了成分配比對合金性能的影響規(guī)律。Ti／(cr+Fe)大于1，合金主相為b.c.c.結(jié)構(gòu)，Tff(Cr+Fe)小于1，除b.c.c.主相外，還含有I~aves相TiFe<,2>、TiCr<,2>和σ相

3、FeCr。對于V<,30>Ti<,35>Cr<,35-x>Fe<,x>(x=5，7.5，10，11.2，12.5)合金，Cr／Fe比越偏離2.5，合金有效吸氫量越小。在V<,30>Ti<,31+x>Cr<,39-x>Fe<,10>合金中，隨Ti/Cr增大，合金吸氫量增大，放氫平臺壓降低，Ti/Cr>1.2時放氫量減小。在Vx(17iCrFe)<,100-x>(Ti:Cr:Fe=7:5:2)中，隨v含量增大，合金吸氫量增大，放氫量增大，放

4、氫平臺壓降低。含V量為20at％的合金出現(xiàn)Laves相。V<,30>Ti<,33>Cr<,27>Fe<,10>與V<,55>Ti<,23>Cr<,16>Fe<,6>是兩種吸放氫性能較好的合金。 (2)研究了熱處理對V<,30>Ti<,33>Cr<,27>Fe<,10>與V<,55>Ti<,20.5>Cr<,18.1>Fe<,6.4>合金吸放氫性能的影響。1523K保溫30min、1h和3h隨爐冷卻的工藝使V<,30>Ti<,33

5、>Cr<,27>Fe<,10>貯氫合金放氫平臺變平，平臺壓力降低，減小了合金吸放氫后的體脹，改變了合金晶粒的形態(tài)，改善了合金基體的組織均勻性。隨保溫時間延長，合金晶粒長大，晶胞體積減小，吸放氫量降低。保溫30min的合金具有最大的室溫吸放氫量，保溫3h的合金具有最好的室溫吸氫動力學(xué)性能，5min內(nèi)就能達(dá)到其飽和吸氫量的80％。 1523K保溫10min水冷的熱處理工藝與1523K保溫30min爐冷的熱處理工藝對V<,30>Ti<

6、,33>Cr<,27>Fe<,10>合金改性的作用相當(dāng)，對于其它保溫時間來說，隨爐冷卻的工藝優(yōu)于水冷。對于中釩合金來說，冷卻方式和溫度影響不太明顯，保溫時間不宜過長。 (3)研究了V<,55-x(y)>Ti<,20.5>Cr<,18.1>Fe<,6.4>Ni<,x>(Mn<,y>)(x＝0.1，0.3，0.5，1；y＝0.3,0.7,1)的吸放氫性能和結(jié)構(gòu)，考察了用Ni或Mn元素取代一定量V對合金結(jié)構(gòu)與性能的影響。隨Ni,Mn含

7、量的增加，合金有效吸氫量先增大后減小，放氫壓力增大。隨Ni,Mn含量的增加，合金吸氫動力學(xué)性能也是先有所改善，而后又變差。添加0.1at[％]Ni或0.3at[％]Mn有利于改善基體合金V<,55>Ti<,20.5>Cr<,18.1>Fe<,6.4>的吸放氫性能。用Ni,Mn元素取代v引起的晶胞體積的變化、放氫平臺壓力的升高以及雜質(zhì)相的出現(xiàn)，是影響合金有效吸氫量和吸氫動力學(xué)性能的主要因素。 (4)研究了v<,30>Ti<,33>

8、Cr<,27>Fe<,10>與V<,55>Ti<,20.5>Cr<,l8.1>Fe<,6.4>合金的吸放氫循環(huán)性能，發(fā)現(xiàn)隨吸放氫循環(huán)次數(shù)的增加，合金放氫量發(fā)生衰減，放氫平臺壓力逐漸升高，隨循環(huán)次數(shù)增加，合金顆粒逐漸粉化，比表面積增大，表面逐漸受到毒化，相轉(zhuǎn)變的可逆性越來越差。在吸放氫過程中，合金由于顆粒粉化導(dǎo)致的表面毒化效應(yīng)以及吸放氫過程中相變可逆性的惡化，是影響V-Ti-Cr-Fe合金吸放氫循環(huán)性能的主要原因。吸放氫循環(huán)對合金晶胞尺寸