TiCr基合金的儲(chǔ)氫性能及相結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、為了開發(fā)高效金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置用儲(chǔ)氫合金，本文以Ti-Cr二元合金為基礎(chǔ)，采用X射線衍射(XRD)、壓力溫度組分測(cè)試(PCT)、掃描電鏡(SEM)、金相、X射線光電子能譜(XPS)、熱重-差示掃描量熱(TG-DSC)分析以及質(zhì)譜(MS)等分析方法，深入系統(tǒng)地研究了從Ti-Cr二元到五元合金的儲(chǔ)氫性能與合金組分、微結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征之間的關(guān)系，開發(fā)出具有潛在實(shí)用價(jià)值的高性能儲(chǔ)氫合金。 TiCr1.8在Ti-Cr二元系列合金中

2、具有最佳的吸放氫性能，因此選作本研究的基本合金組分。 對(duì)TiCr1.8-xMx(M=V、Mo和Mn)三元合金的研究表明：M=V或Mo時(shí)，隨著M含量的增加，合金的相組成由Laves相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)锽CC相，相對(duì)應(yīng)的合金晶胞參數(shù)同時(shí)增大，TiCr1.8-xMx合金的可逆儲(chǔ)氫量與M的量呈Gauss方程關(guān)系。Mn取代合金中的部分Cr后，合金TiCr1.8-xMnx的相組成仍為L(zhǎng)aves相，其最大儲(chǔ)氫量和可逆儲(chǔ)氫量均與Mn取代Cr的量呈Gau

3、ss方程關(guān)系；由于M的引入合金吸放氫間的滯后效應(yīng)明顯增強(qiáng)。TiCr1.8-xVx合金的熱重-差示掃描量熱-質(zhì)譜(TG-DSC-MS)分析表明，合金中V含量的增加導(dǎo)致放氫動(dòng)力學(xué)性能變差，放氫反應(yīng)的活化能增加；質(zhì)譜分析表明：放出的氫既以原子和分子狀態(tài)存在，也以三原子狀態(tài)存在。 TiCr1.8-x(VFe)x四元合金的研究表明：隨VFe含量的增加，合金的相組成逐漸由Laves相轉(zhuǎn)變?yōu)锽CC相，BCC相對(duì)應(yīng)的晶胞參數(shù)同時(shí)增大，在合金的最

4、大儲(chǔ)氫量增加的同時(shí)，合金的放氫動(dòng)力學(xué)性能降低。不同化學(xué)計(jì)量比的TiCr2x(VFe)x合金均為BCC相結(jié)構(gòu)，并且隨X的增大，合金的晶胞參數(shù)減小，活化性能先增強(qiáng)后減弱；合金的最大儲(chǔ)氫量和可逆儲(chǔ)氫量均與合金中(Cr+VFe)/Ti的值呈Gauss方程關(guān)系。在TiCrVFe系列四元合金中，TiCr1.2(VFe)0.6合金具有最大的可逆儲(chǔ)氫量，其放氫過程的質(zhì)譜分析表明：合金中放出的氫在低溫時(shí)以原子狀態(tài)為主，而在高溫時(shí)以分子狀態(tài)為主。隨著合金中

5、氫的釋放，合金相結(jié)構(gòu)由FCC逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)锽CC。對(duì)TiCr0.6(VFe)0.3合金的活化性能研究表明：初次活化溫度對(duì)合金活化后的相組成有很大影響。對(duì)TiCr1.8-2xMnxVx合金的研究表明：隨著X的增加，合金的相結(jié)構(gòu)由單一的Laves相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)aves相和BCC相共存，合金的最大儲(chǔ)氫量增加，吸放氫間的滯后效應(yīng)增強(qiáng)。 對(duì)TiCrVFeM(M=Ni，Zr，Mo和Mn)合金的研究表明：隨著Ni含量的增加，TiCrVFeNi合金

6、的晶胞參數(shù)逐漸減小，最大儲(chǔ)氫量降低，動(dòng)力學(xué)性能也變差；隨Zr含量的增加，Ti1-xZrxCr1.2(VFe)0.6合金的晶胞參數(shù)增大，最大儲(chǔ)氫量降低；隨著Mo含量的增加，TiCr1.2(VFe)0.6Mox合金的晶胞參數(shù)增大，最大儲(chǔ)氫量降低，吸放氫之間的滯后效應(yīng)增強(qiáng)；快淬法和熔融法制備的TiCr1.1V0.5Fe0.1Mn0.1合金的相組成在吸氫前均為BCC相與Laves相的混合相，合金吸氫后，快淬法制備的合金的相組成轉(zhuǎn)變?yōu)锽CC相與T