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TiCr基合金的储氢性能及相结构研究

黄太仲  
【摘要】:为了开发高效金属氢化物储氧装置用储氢合金,本文以Ti-Cr二元合金为基础,采用X射线衍射(XRD)、压力温度组分测试(PCT)、扫描电镜(SEM)、金相、X射线光电子能谱(XPS)、热重-差示扫描量热(TG-DSC)分析以及质谱(MS)等分析方法,深入系统地研究了从Ti-Cr二元到五元合金的储氢性能与合金组分、微结构、热力学和动力学特征之间的关系,开发出具有潜在实用价值的高性能储氢合金。 TiCr_(1.8)在Ti-Cr二元系列合金中具有最佳的吸放氢性能,因此选作本研究的基本合金组分。 对TiCr_(1.8-X)M_X(M=V、Mo和Mn)三元合金的研究表明:M=V或Mo时,随着M含量的增加,合金的相组成由Laves相逐渐转变为BCC相,相对应的合金晶胞参数同时增大,TiCr_(1.8-X)M_X合金的可逆储氢量与M的量呈Gauss方程关系。Mn取代合金中的部分Cr后,合金TiCr_(1.8-X)Mn_X的相组成仍为Laves相,其最大储氢量和可逆储氢量均与Mn取代Cr的量呈Gauss方程关系;由于M的引入合金吸放氢间的滞后效应明显增强。TiCr_(1.8-X)V_X合金的热重-差示扫描量热-质谱(TG-DSC-MS)分析表明,合金中V含量的增加导致放氢动力学性能变差,放氢反应的活化能增加;质谱分析表明:放出的氢既以原子和分子状态存在,也以三原子状态存在。 TiCr_(1.8-X)(VFe)_X四元合金的研究表明:随VFe含量的增加,合金的相组成逐渐由Laves相转变为BCC相,BCC相对应的晶胞参数同时增大,在合金的最大储氢量增加的同时,合金的放氢动力学性能降低。不同化学计量比的TiCr_(2X)(VFe)_X合金均为BCC相结构,并且随X的增大,合金的晶胞参数减小,活化性能先增强后减弱;合金的最大储氢量和可逆储氢量均与合金中(Cr+VFe)/Ti的值呈Gauss方程关系。在TiCrVFe系列四元合金中,TiCr_(1.2)(VFe)_(0.6)合金具有最大的可逆储氢量,其放氢过程的质谱分析表明:合金中放出的氢在低温时以原子状态为主,而在高温时以分子状态为主。随着合金中氢的释放,合金相结构由FCC逐渐转变为BCC。对FiCr_(0.6)(vFe)_(0.3)合金的活化性能研究表明:初次活化温度对合金活化后的相组成有很大影响。对TiCr_(1.8-2X)Mn_XV_X合金的研究表明:随着X的增加,合金的相结构由单一的Laves相逐渐转变为Laves相和BCC相共存,合金的最大储氢量增加,吸放氢间的滞后效应增强。 对TiCrVFeM(M=Ni,Zr,Mo和Mn)合金的研究表明:随着Ni含量的增加,


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