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锆吸氢及锆锂合金增强吸氢效应的研究

于祥庆  
【摘要】: 锆系储氢合金材料具有机械强度高、吸氢量大、使用寿命长等优点,因而在未来的洁净能源领域有着广阔的应用前景。此外,在核技术方面,锆还具有热中子吸收截面小等优良的核性能,使得锆及锆合金常作为反应堆的结构材料;又由于锆吸氢量大,氢化锆还是优良的中子慢化材料。本论文在调研了国内外大量相关文献的基础上,首先介绍了金属锆及锆合金的应用,同时对储氢合金的发展,分类,储氢原理和应用进行了概述,进而将锆作为研究对象,首次采用扩散锂的方法形成锆锂合金,以期得到增加吸氢量的效果,为提高D-T反应的中子产额寻找一个切实可行的合金化方法,并对其吸放氢性能与锆进行了比较;最后利用二次离子质谱分析(SIMS)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别对样品的相对含量、物相、表观形貌等进行了观测与分析。 通过对纯锆和锆锂合金的吸放氢性能的研究,得到以下结论:在固定温度(500℃),不同压强下锆锂合金化后的吸氢量比纯锆在不同的压强下有所增加;在固定吸气压强(0.24Mpa)时锆锂合金的吸氢量在不同的温度下也比纯锆也有不同程度的增加。 纯锆吸氢的表观活化能为41.51±3.69 kJ/mol,锆锂合金的吸氢表观活化能为25.10±6.75 kJ/mol,锂加入锆中使吸氢反应的反应能降低了。 XRD表明样品吸氢后Zr相峰位稍微左移,样品放氢后的Zr相峰微移减小。原因是吸氢后Zr晶格的d值较吸氢前增大,说明吸氢使晶格膨胀,放氢后衍射峰的d值较吸氢后的略有减少,但比未吸氢时的大,说明放氢并不完全,还存在着较稳定的锆—氢化合物。 纯锆吸氢后的SEM照片比纯锆吸氢后再放氢的SEM照片裂纹少,锆锂合金吸氢后的SEM照片也比锆锂合金吸氢后再放氢的SEM照片裂纹少。吸放氢样品表面出现了许多裂纹与孔洞,并且裂纹和孔洞周围粉化非常严重。经过多次吸放氢循环,在其表面产生了很多氢进出的通道,这样就增加了吸氢的有效活性表面积有利于进一步吸氢。


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