ZrCo合金由于具有优异的储氢性能与安全特性,已被ITER(国际热核实验反应堆)研发团队选为氢同位素快速储存与供给的重点备选材料。然而,ZrCo合金在吸/放氢循环过程中发生的氢致歧化反应会导致其储氢性能的显著衰减,这严重阻碍了它的实际使用。此外,ZrCo合金的储氢动力学比DU(贫铀)要慢,这也是限制其广泛替代DU用于氢同位素储存的因素之一。尽管Ti元素替代后的Zr0.8Ti0.2Co合金在抗歧化性能方面有一定的改善,但其综合储氢性能仍不能完全满足实际应用的需求。因此,进一步改善ZrCo基合金的抗歧化性能与储氢动力学性能对推广它的实际应用具有重要意义。本研究从微观结构改性以及吸/放氢动力学改性两个方面考虑,将机械球磨引入ZrCo合金及Zr0.8Ti0.2Co合金的改性研究中。首先制备了球磨ZrCo合金及Zr0.8Ti0.2Co合金粉体,随后系统研究了球磨对ZrCo合金及Zr0.8Ti0.2Co合金的微观结构和氢化动力学的影响,并通过动力学模型分析探讨了球磨ZrCo合金及Zr0.8Ti0.2Co合金的歧化动力学机理。本研究揭示的球磨ZrCo合金及Zr0.8Ti0.2Co合金的氢化动力学与微观结构之间所对应的关系,可以为进一步改善ZrCo基合金的储氢性能提供有价值的参考。本文主要的研究内容和结果如下:(1)球磨对ZrCo合金氢化动力学和微观结构的影响动力学测试表明,随着球磨时间的延长,ZrCo合金的放氢速率加快,但其吸氢速率和吸氢容量逐渐降低,氢致歧化程度减弱,但歧化速率加快。XRD分析发现,当球磨时间从Oh延长至8 h后,ZrCo合金的晶格常数从3.197 A减小至3.188 A,晶格常数的变化导致了 ZrCo合金歧化行为的改变。SEM及FIB分析表明,ZrCo合金球磨后微观形貌的变化与氢化动力学行为的改变有密切联系。EDS分析表明,球磨后ZrCo合金表面Zr和Co元素的分布在歧化速率与动力学机制方面起到了重要作用。动力学分析显示,ZrCo合金的氢致歧化反应属于均匀形核和扩散控制的一维长大动力学模型。然而,形核-长大过程中具体的速率控制步骤会随着球磨时间的变化而变化。研究指出,更小的晶格常数以及Zr和Co元素的均匀分布有利于ZrCo合金抗歧化性能的改善。(2)球磨对Zr0.8Ti0.2Co合金氢化动力学和微观结构的影响动力学测试表明,随着球磨时间的延长,Zr0.8Ti0.2Co合金的放氢速率加快,但其吸氢速率和吸氢容量逐渐降低。同时,随着球磨时间的增长Zr0.8Ti0.2Co合金的歧化速率加快,且在500 ℃下反应400 min时的歧化程度增大。此外,球磨Zr0.8Ti0.2Co合金在500 ℃下歧化动力学随时间的变化趋于线性。由XRD分析发现,随着球磨时间从Oh延长至8 h,Zr0.8Ti0.2Co合金的晶格参数从3.164A逐渐减小至3.153A,而这应该是导致其吸/放氢动力学变化的直接原因。此外,SEM结果显示,球磨后Zr0.8Ti0.2Co合金的形貌发生明显改变,这也与吸氢动力学行为的改变有密切的关系。HRTEM结果表明,球磨样品中存在大量的非晶和晶格缺陷等无序微观结构,同样会影响Zr0.8Ti0.2Co合金的吸/放氢动力学性能。EDS分析发现合金表面的元素分布在球磨后发生变化,直接影响了歧化速率与动力学机制。歧化动力学模型分析表明,球磨Zr0.8Ti0.2Co样品的歧化起始阶段是一个表面步骤控制的反应。研究指出,如果希望Zr0.8Ti0.2Co合金既具有快的吸/放氢动力学性能又具有优异的抗歧化性能,应该制备出晶格参数较小、Zr和Co元素分布均匀且微观结构有序的粉体材料。