Mg-Al-Ti基合金儲氫性能研究.pdf

1、本文通過高溫?zé)Y(jié)和機(jī)械合金化相結(jié)合的方法制備出 Mg55-xAl10Ti15+x(x=0,5,10,15)、Mg55Al10Ti15-xVx(x=2,4,6,8)和Mg55Al10Ti11TM4(TM=Zr,V,Cr,Ni)合金,并對其相結(jié)構(gòu)、儲氫性能及熱力學(xué)性能進(jìn)行了研究和分析。
　　第一,制備 Mg55-xAl10Ti15+x合金并分析其儲氫性能。在氬氣保護(hù)下,經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)和機(jī)械球磨制備Mg55-xAl10Ti15+x(x=0

2、,5,10,15)合金。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),球磨160小時(shí)后,樣品中不僅出現(xiàn)了Al3.16Mg1.84相,還出現(xiàn)了FCC結(jié)構(gòu)的固溶體;添加Al和Ti后,雖然合金的最大吸氫量有所降低,但動力學(xué)和熱力學(xué)性能得到了較大改善;球磨160小時(shí)后,Mg55Al10Ti15的吸氫量達(dá)到1.6wt.％,可見其具備較好的儲氫性能。
　　第二,用過渡金屬元素 V改善 Mg55Al10Ti15合金的儲氫性能。合金的儲氫性能通?？梢酝ㄟ^元素替代、摻雜或者添加催化劑

3、等方法進(jìn)行改善,本次實(shí)驗(yàn)采用元素替代法。實(shí)驗(yàn)使用過渡金屬元素V按照一定比例替代Ti制備Mg55Al10Ti15-xVx(x=2,4,6,8)合金。觀察樣品的XRD衍射圖譜發(fā)現(xiàn),球磨160h后,樣品中出現(xiàn)了Al3.16Mg1.84相、Al18Ti2Mg3相和FCC結(jié)構(gòu)固溶體,四個(gè)樣品中均未發(fā)現(xiàn) V的合金相;隨著球磨時(shí)間的增加,樣品Mg55Al10Ti11V4的吸氫量變大,其原因可能在于:(1)高溫?zé)Y(jié)后的單質(zhì)Mg、Al隨著球磨時(shí)間的增加而

4、消失,并出現(xiàn)Al3.16Mg1.84合金相和FCC結(jié)構(gòu)固溶體;(2)隨著球磨時(shí)間的增加,V固溶到合金中,導(dǎo)致樣品吸氫量增加。球磨160h后,樣品Mg55Al10Ti11V4的吸氫量達(dá)到了3.9wt.%,在250℃和25atm的氫氣環(huán)境下經(jīng)過100秒,吸氫量達(dá)到了2.0wt.%,說明樣品具有較好的儲氫性能和動力學(xué)性能。可知,用一定比例的V替代Ti不僅改善了Mg55Al10Ti15系合金的儲氫性能,而且也改善了其動力學(xué)性能。
　　第三

5、,分別對多種過渡金屬元素替代 Ti制備 Mg55Al10Ti15進(jìn)行性能改善測試。實(shí)驗(yàn)用過渡金屬元素Zr、V、Cr、Ni等分別以固定比例替代Ti,制備Mg55Al10Ti11TM4(TM=Zr,V,Cr,Ni)合金,以嘗試改善Mg55Al10Ti15系合金儲氫性能。實(shí)驗(yàn)顯示,球磨160h后,樣品中均出現(xiàn)了Al3.16Mg1.84相、MgH2相和FCC結(jié)構(gòu)固溶體,而 Al1.1Ni0.9合金相僅出現(xiàn)在樣品Mg55Al10Ti11Ni4中;

6、球磨80h后,樣品 Mg55Al10Ti11V4的吸氫量達(dá)到了4.4wt.%,說明該樣品具有較好的儲氫性能;球磨80h后,樣品Mg55Al10Ti11Ni4在250℃和25atm的氫氣環(huán)境下經(jīng)過80秒,吸氫量達(dá)到了2.0wt.%,說明該樣品具有較好的動力學(xué)性能;對球磨80h的樣品進(jìn)行DSC測試,得到樣品的吸熱峰,根據(jù)Kissinger方程計(jì)算發(fā)現(xiàn),樣品Mg55Al10Ti11Ni4的脫氫激活能為49.97kJ/mol,比其他三個(gè)樣品低了