论文部分内容阅读
氢分离金属膜是氢气进行分离提纯的关键，开发廉价、抗氢脆性能优异、具有高渗氢性能的新型金属膜材料势在必得，无钯或少钯的氢分离合金膜目前备受关注。本文通过研究元素Cr和Pd对V基固溶体类氢分离合金膜微观组织和性能的影响，从而获得典型V-Cr-Pd合金成分，结合“多相构成、功能分担”的共晶型氢分离膜材料设计理念，在典型V-Cr-Pd合金中引入fcc-(Cu)固溶体相，开发了V-Cr-Pd-Cu四元合金膜材料。本文采用了电子扫描显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、Sieverts装置、高精度渗氢设备等分析测试手段。 V-Cr-Pd铸态合金均由单一的bcc-(V)固溶体相构成，元素Cr和Pd均匀固溶在合金中。V原子被Cr原子置换后晶格被压缩，Cr含量越多晶格被压缩程度越大，bcc-(V)固溶体相的形貌由块状变成了蠕虫状。Pd可缓解晶格被压缩的程度，若元素Pd和Cr含量比例适中，几乎可消除晶格的压缩，得到bcc-V晶格参数与纯V一致的典型合金成分，即V-5Cr-5Pd合金成分。 Pressure-Composition-Temperature(PCT)曲线表明，氢在V固溶体合金中的溶解是放热反应，各合金膜片的氢溶解度随温度的升高而下降，且在低平衡压时，温度对合金氢溶解度的影响十分显著。当合金中固溶Cr和Pd后，合金的吸氢量和氢扩散系数K都降低，固溶量越大，下降程度越明显。另外，元素Cr和Pd降低合金氢溶解的机理不同，且元素Pd降低合金氢溶解的能力要比Cr的强。V-7Cr-3Pd合金虽然渗氢速率优异但因渗氢过程中吸氢量较大，发生氢脆而导致膜片破裂。 通过对V30Cu70-xCrx合金铸态微观组织和氢传输性能的研究发现，Cu-V合金可以形成与Cu-Nb超导合金类似具有非常合理的微观组织，符合氢分离膜材料设计理念，在该两相结构中，bcc-(V)固溶体相为渗氢相，是氢扩散通道，而fcc-(Cu)固溶体仅作为支撑相，不影响bcc-(V)固溶体相的各项性能，因此可以确定V-Cu合金设计理念的正确性。在V-5Cr-5Pd合金成分的基础上，引入fcc-(Cu)固溶体，开发出了(V-5Cr-5Pd)90-Cu10合金。随着Cu含量的降低，其合理的两相结构仍然存在。(V-5Cr-5Pd)90-Cu10合金在保持优异渗氢性能的同时其抗氢脆性能也非常突出。