V-Ti-Cr-Fe贮氢合金的结构与吸放氢行为研究

来源 :四川大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:bin_go_0820
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
钒基贮氢合金在室温下可快速吸放氢,理论容量达到3.8wt%以上,因而受到广泛的关注。采用纯金属钒制备的V-Ti基合金,如V-Ti-Cr合金,具有较高的放氢量,但其成本很高、活化比较困难,人们曾尝试采用FeV80合金制备高容量钒基贮氢合金,但是没有成功。本文针对以上问题,在查阅大量文献的基础上,提出研究思路及研究方案。通过成分调控、XRD、SEM/EDS组织结构分析及PCT吸放氢行为表征,并结合数理分析处理方法,研究构建了新型V-Ti-Cr-Fe四元合金体系,研究了V-Ti-Cr-Fe四元钒基贮氢合金体系吸放氢特性的影响因素,研究了FeV80合金中主要杂质(如Al、Si)对V-Ti-Cr-Fe合金性能的影响,分析了采用FeV80合金制备高容量钒基贮氢合金的可行性,并通过添加少量稀土元素改善V-Ti-Cr-Fe合金的活化性能,取得了如下重要的研究结果:建立了新型的V-Ti-Cr-Fe合金体系。弄清了晶格常数(a)及电子浓度(Ce)对V-Ti-Cr-Fe合金的影响。当a<0.3030nm时,随着a的增大,合金的吸氢量逐渐增大;当a≥0.3030nm,继续增大a时,合金的吸氢量变化趋于平缓;因此,a≥0.3030nm时,合金可以获得较高的吸氢容量;合金的放氢量随着a的增加,先增加后降低,当a在0.3030~0.3050nm之间时,合金具有较大的放氢量;当a=0.3036nm时放氢量达到最大值。当Ce>5.25时,不利于合金吸氢,且当Ce继续增大时,吸氢量将显著降低;当Ce在5.13~5.25之间时,合金可获得较高的放氢量。设定a=0.3036nm及V/Fe=5,利用合金成分与晶格常数的关系在15at%~60at%V范围内建立四元V-Ti-Cr-Fe合金体系,开发出了一系列可采用价廉的FeV80中间合金作为原料的V-Ti-Cr-Fe BCC合金,其晶格常数在0.3040~0.3053nm范围内,电子浓度在5.14~5.23范围内。当钒含量在20at%~55at%时,所开发的合金吸氢量大于3.55wt%,放氢量大于2.03wt%,而当钒含量超出这一范围时,不易获得具有高吸放氢容量的含Fe合金;当钒含量在30at%~45at%之间时,开发的合金组织、结构及吸放氢性能非常接近,晶格常数达到0.3042nm左右,吸氢量均>3.70wt%,放氢量≥2.20wt%,其中合金V40Ti28.4Cr23.6Fe8具有最高的吸放氢容量,298K吸放氢容量分别可达到3.82wt%和2.30wt%,是V-Ti-Cr-Fe四元合金体系中容量最高的。针对FeV80中间合金中含有杂质Al的问题,研究了(V30Ti35Cr25Fe10)100-xAlx合金中Al的作用,研究表明(0~5at%)Al的添加对V30Ti35Cr25Fe10 BCC合金的组织结构无明显影响,合金依然为BCC固溶体结构,但是晶格常数增大,吸放氢容量降低,平台压力升高。且随着Al含量的升高,合金的吸放氢容量降低,而平台压力升高;当Al含量不超过1.5at%时,合金的吸放氢容量没有明显降低,分别达到3.42wt%和1.84wt%以上。针对FeV80中间合金中含有杂质Si的问题,研究了(V30Ti35Cr25Fe10)100-xSix(x=0~2.5)合金中Si的作用,研究表明在V30Ti35Cr25Fe10 BCC合金中添加Si后,合金中出现C14 Laves第二相,随着Si含量的增加,Laves相含量将增加,而BCC相和其晶格常数均降低。Laves相主要分布于合金的晶界处,Si在其中富集;Laves相的产生显著地提高合金活化性能,使合金在室温下无需活化处理、经过短暂孕育期后就可以快速吸氢。Si的添加引起合金的吸放氢容量降低,平台压力升高,平台斜率增大。Si含量不超过1.0at%时,合金的吸氢量不会明显降低;不超过0.63at%时,放氢量无明显降低。同样针对杂质Si的问题,研究了添加1at%Si的(30~70)V-Ti-Cr-Fe(Ti:Cr:Fe:35:25:10)合金,研究表明:钒含量的升高有利于提高合金中BCC相的含量,从而提高合金的吸放氢容量;当钒含量≥42at%时,1.0at%Si的添加不明显影响合金的吸放氢容量,但是明显提高合金的活化性能和平台分解压力。针对杂质Al和Si的协同作用问题,研究了V30Ti35Cr25Fe10-Al1.25Six(X=0~1.0)合金,研究表明含Si合金由BCC相和C14 Laves相构成,Laves相的含量随着Si含量的增加而增加;随着Si含量的增加,合金的吸放氢容量降低,平台压力升高。Si对V30Ti35Cr25Fe10-Al1.25和对V30Ti35Cr25Fe10合金的影响类似,同时添加的Al和Si对合金的结构和组织的影响彼此独立;当Si≤0.3at%时,V30Ti35Cr25Fe10-Al1.25Six具有较高的吸放氢容量,表明采用FeV80合金做为制备钒基贮氢合金原料具有可能性。研究了稀土元素的作用。在V55Ti22.5Cr16.1Fe6.4 BCC合金中添加少量(0.5at%~3at%)稀土元素Ce后,Ce以单质形态弥散分布于合金之中,明显提高合金的活化性能,使得合金在室温下无需活化,经过短暂的孕育期后即可快速吸氢,随着Ce含量的提高,孕育期逐渐缩短。0.5~3at%Ce的添加对合金的吸放氢容量及PCT性能无明显的影响;在V55Ti22.5Cr16.1Fe6.4合金中添加La、Pr、Nd与Ce的作用及影响相似。由于稀土元素的高活性导致含稀土合金在室温下迅速活化,快速吸氢。研究了采用FeV80及添加少量稀土制备的铸态V30Ti35Cr25Fe10合金的组织结构与吸放氢特性,它由BCC主相、少量C14 Laves相和稀土相构成,BCC相主要以树枝晶形貌为主,Laves相分布于晶枝间,稀土相弥散分布于合金基体中;298K下,合金无需活化,经过短暂的孕育期(30s)后即可快速吸氢,在随后的5min内基本达到吸氢饱和,吸放氢容量分别达到3.60wt%和1.88wt%,合金氢化物的生成焓为-47.9 kJ/mol·H2。为改善采用FeV80及添加少量稀土制备的V30Ti35Cr25Fe10铸态合金的组织与性能,研究了高温(1373K~1673K)热处理对其组织结构及吸放氢性能的影响,得到如下结果:1)热处理温度的影响。在低于1573K的温度下热处理时,位于晶枝间的Laves相将进一步生长,含量明显增加,从而引起合金容量显著降低,放氢平台消失;在1573K及以上温度进行热处理时,合金中的Laves相含量显著降低,树枝晶消失,晶粒长大,晶粒内部出现亚晶组织,合金成分均匀性提高,导致合金吸放氢量增加、放氢平台斜率明显降低,依然具有良好的活化性能和吸氢动力学性能;1673K下热处理后的合金,具有最高的吸放氢容量,在298K下分别达到3.66wt%和2.05wt%。2)热处理时间的影响。在1673K下,对热处理时间(10~120min)影响的研究表明,热处理时间对合金的结构、组织形貌、活化性能、动力学性能及吸放氢容量并无明显影响;热处理30min和120min时,合金的放氢容量略高,达到2.05wt%。针对用FeV80及添加少量稀土制备的(20~55)V-Ti-Cr-Fe热处理(1673K/30min)合金的研究表明:当钒含量为20at%时,合金中出现大量的C15 Laves相,吸放氢容量均很低,298K下分别为2.50wt%和1.05wt%;当钒含量在25at%~40at%范围内时,制备的合金基体为BCC相,298K下的吸氢量大于3.65wt%,最高可达3.80wt%,放氢量≥2.23wt%;V30Ti32.4Cr31.6Fe6合金,室温下平台分解压达到0.13MPa,放氢量达到2.35wt%,373K下放氢量达到2.56wt%,是目前文献报道的含Fe合金中容量最高的,与日本成功开发的V-Ti-Cr三元合金的吸放氢能力相当,但本合金拥有更好的活化性能及显著低的成本;钒含量超过40at%时,采用FeV80合金制备的钒基贮氢合金,虽然也基本为BCC单相,但是合金吸氢量低于3.50wt%,放氢量低于2.0wt%。
其他文献
慢性阻塞性肺病(COPD)为气道慢性炎症性疾病,其发病机制十分复杂,可能与炎症、免疫学异常、遗传、感染、环境因素和Th1/Th2细胞亚群失衡等密切相关。本文对COPD患者治疗前后血
城市垃圾填埋场渗滤液经循环回灌处理后,污染物浓度大大降低,填埋场填埋垃圾的湿度增加,稳定速度加快。适量的表面回灌可有效减少渗滤液水量,降低处理规范。与传统渗滤液处理方法
<正> 在胡志明思想的指导下,我国人民取得了“八月革命”和不屈不挠的抗法、抗美救国战争的胜利,光荣地结束了越南民族为争取民族独立和祖国统一而进行的长达100多年的英勇顽
现在的直销在宣传时,经常宣称,直销减少了中间环节,从而降低了成本,可以为消费者带来更多的消费者剩余。通过观察我们却发现,直销与同类产品相比往往没有价格上的优势,反而在大多数
为了改变用含有有害物质的废酸作为保洁剂的落后状况,针对粪尿污垢的典型物质为马悄酸盐,硫酸盐,铵盐等特点,研制了一种去尿碱,除臭味,保洁效果显著,使用方便安全,价格低廉的液体保洁
在体育教学管理中把服务性管理融入其中,所得到的教学管理模式非常人性化以及与现代的教育理念相吻合,这种结论在长期的实践过程中被得出。在先进性体育教学管理过程中,需要
布迪厄的场域范式为刑事政策分析提供了一个全新的视角和方法。场域范式下的刑事政策是国家在合理组织对犯罪的反应中建构的,以犯罪人、犯罪被害人和司法机关等行动主体之间
针对一类分数阶非线性时滞系统,研究其P型迭代学习控制问题。首先,根据分数微积分的基本性质并借助推广的Gronwall不等式,获得系统状态变量的范数不等式估计;然后,通过引入λ-范数
本文研究工作是国家自然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助项目“SCR技术制备半固态材料组织演化与扩展成形机制”(No.50274020)的部分内容,以A2017合金为对象,系统研究了一