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几种金属及其锂合金的吸放氢效应研究

边海  
【摘要】: 钛、锆、钒基储氢合会以其储氢量大,吸放氢速度快等优点而成为目前储氢合金研究领域的一大热点。在中子物理实验研究中,中子发生器是常用的中子源之一。这类中子源常采用钛、钒和锆吸收氢的同位素作靶,通过恰当的核反应得到中子。因此,开展钛、锆、钒吸氢性能的系统研究对研制这类靶基材料有着指导意义。同时,找到一种增加靶基材料吸氢量的简便方法,对增大发生器的中子产额,延长靶的寿命有着现实的应用价值。 本论文在调研了相关文献的基础上,首次采用热扩散的方法形成钛、锆、钒.的锂合金,然后对钛、锆、钒与钛、锆、钒的锂合金进行了不同条件下的吸放氢实验,对其吸放氢性能进行了比较,研究了锂对钛、锆、钒的最大吸氢量的影响;最后,对样品进行分析测试:用X射线衍射(XRD)做物相分析,用扫描电子,显微镜(SEM)做表观形貌分析,用二次离子质谱(SIMS)做相对含量分析。得出结论如下: 1、不论是钛、锆、钒还是钛、锆、钒的锂合金,在相同的充氢压,不同的温度下吸氢后,最大放氢量会随着吸氢温度的升高而增大,放氢速率也随之增大;同样,钛、锆、钒与钛、锆、钒的锂合金在相同温度,不同充氢压下吸氢后,最大放氢量随着吸氢温度升高而增大。在相同吸放氢条件下,它们锂合金的最大吸放氢量大于纯钛、锆、钒。 2、XRD分析结果显示:钛为密排六方结构,吸氢后产生的钛的氢化物TiH_2的结构是体心四方结构,放氢后TiH_2分解产生了具有四方结构的TiH。钒为体心立方结构;吸氢后为面心立方结构;放氢后是体心四方和面心立方结构共存;吸放氢使锆的晶格常数增加,晶胞体积增大;在锂合金的XRD图上有Li(锂)和LiH的峰出现,说明锂成功地扩散。 3、SEM分析的结论是:未吸氢的样品表面比较致密,裂纹比较少:吸放氢后裂纹增多;高放大倍数下观察发现,裂纹周围粉化很严重,说明吸放氢循环会使样品粉化,在其表面产生很多的氢出入通道。 4、SIMS分析的结论是:吸氢后的钛、锆、钒样品中有H元素,说明吸氢实验是成功的。 钛中氢的深度分布在1.2微米,钒中氢的深度分布在2.7微米,锆中氢的深度分布在2.8微米以内的分布基本是均匀的,满足中子发生器的氚靶厚度要求。


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