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本文在系统总结国内外对La-Mg-Ni系非AB5合金研究的基础之上,重点探讨了La-Mg-Ni系AB2型合金和AB3型合金的晶体结构特征、贮氢特性以及此两类合金在结构和贮氢性能方面的联系与区别,同时初步分析了AB3型合金的氢化物结构。 利用XRD和Rietveld方法系统研究了La2-xMgNi9-5x(x=0.0~1.0)合金的微结构特征。研究表明:La2-xMgNi9-5x(x=0.0~1.0)系合金主要由LaMgNi4与(La,Mg)Ni3相构成。在LaMgNi4相中,Mg占据4C位置,La占据4a位置。Mg容易进入La1-xMgxNi2相,随Mg/La比例增加直到1:1时,合金结构从一个伪二元MgCu2型的无序结构转化成三元MgCu4Sn型有序的超结构,此时结构保持稳定,形成LaMgNi4相。而其余Mg元素则进入(La,Mg)Ni3相的Laves相结构单元中。电化学和P-C-T测试表明:LaMgNi4单相合金在50℃和18atm氢压下最大吸氢量为3.8H/f.u,LaMgNi4合金的吸放氢PCT曲线平台区较窄和可逆性较较差导致其电化学容量较低,只有170mAh.g-1。而在(La,Mg)Ni3相中,Mg占据6C位置,其占有率大约在0.4左右,PuNi3型的La2MgNi9具有较高的电化学容量La2MgNi9合金最大电化学容量可达到392mAh.g-1。 通过XRD和EPMA分析了Al、Mn、Co、Sn和Cu对LaMgNi4合金替代的影响。LaMgNi3.7M0.3(M=Ni,Al,Mn,Co,Sn,Cu)合金主相均为LaMgNi4相,同时都含有少量的的杂相。不同合金化元素在LaMgNi4相中固溶度有一定的差别,固溶度从大到小的顺序是Mn>Cu>Co>Al>Sn,Al和Sn元素的加入不利于LaMgNi4相的形成。合金电极的最大放电容量由245.2mAh.g-1(M=Sn)变化至293.2mAh.g-1(M=Co),且循环稳定性都较差。合金电极的高倍率放电能力HRD(Id=900mA/g)从大到小依次为Al>Sn>Cu>Mn>Ni>Co,氢原子在合金中的扩散对合金MH电极的高倍率放电性能起主要作用。 感应熔炼和熔铸La0.67Mg0.33Ni3.0合金时,当La元素烧损量控制在4%和Mg元素烧损量控制在20%左右的情况下,铸态合金经850℃和75h的退火可以保证PuNi3型相的相丰度在82wt%左右。退火时间的增长可以得到单相性比较好的PuNi3型合金。XRD Rietveld方法研究La1-xMgxNi3(x=0,0.33,0.67)合金表明:在PuNi3型相中,随着Mg含量的增加,La、Mg与Ni及Ni与Ni原子之间的距离均有减少的趋势。且在LaNi3到La0.67Mg0.33Ni3合金之间AB2结构单元中(La,Mg)和Ni原子之间的间距变化量明显小于La0.67Mg0.33Ni3到La0.33Mg0.67Ni3合金之间的变化量。这可能是随Mg含量的增加,单位单胞贮存氢原子的个数减少且Laves单元的贮氢量变化量有个加速的趋势的主要原因之一。 通过XRD和NRD(中子衍射)对La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5和La0.75Mg0.25Ni3.0Co0.5合金微结构分析表明:在PuNi3型结构中,Mg元素占据Laves单元中6c位置,Co元素占据在18h和6C位置上,且Co元素主要分布在PuNi3型结构中AB5单元及AB5单元与AB2单元的共格面上,而在AB2单元内3b位置上似乎并不存在。在Ce2Ni7型结构中,Mg元素占据Laves单元中的4f位置,Co元素占据4e、4f、6h和121,而在Laves单元的内部2b位置缺没有发现Co原子,说明Co原子主要分布在Ce2Ni7型结构中AB5单元及AB5单元与AB2单元的共格面上。通过Rietveld方法分析