氢能源作为一种可再生的清洁能源,具有广阔的应用前景。当前,膜分离技术是获取高纯氢气最主要的途径。过渡元素中5B族金属具有较高的氢渗透性能,其中Nb的氢渗透系数几乎是673K时纯Pd合金氢渗透系数的19倍,有望替代Pd成为新型氢渗透膜材料。为解决纯Nb在氢渗透过程中易氢脆的问题,设计出Nb-Ti-Ni系合金,其具有一定的氢渗透性能和抗氢脆性能。在Nb-Ti-Ni氢分离合金的设计中,主要利用调控合金中Nb含量来平衡氢渗透合金的抗氢脆性能及氢渗透性能。但这种方法具有可调控范围较小、需避开NiTi₂、Nb₈Ti₃Ni₉等相区的局限性,因此需要探究一种新的调控途径来开发同时具有高氢渗透性能与高抗氢脆性能的合金。Nb-Ti-Fe合金共晶组织具有极高的氢渗透系数,同时,其组织特征与Nb-Ti-Ni系合金极其相似。因此,本文利用Fe元素对Nb-Ti-Ni氢分离合金的共晶组织进行调控,从而开发出一种新的途径来提高合金在氢渗透过程中的综合性能。Nb-Ti-Ni（Fe）合金微观组织组成为初生（Nb,Ti）相+共晶{TiNi（Fe）+bcc-（Nb,Ti）}相（合金成分中Fe/Ni原子比小于0.9）及初生（Nb,Ti）相+NbFe相+共晶{TiNi（Fe）+bcc-（Nb,Ti）}相（合金成分中Fe/Ni原子比大于0.9）。Fe元素加入后,合金初生（Nb,Ti）相体积分数小幅度降低,形貌趋于球化;共晶相中bcc-（Nb,Ti）相体积分数升高,组织层片间距细化,Nb₄₄Ti₂₈Ni₁₈Fe₁₀合金共晶组织层片间距最细达到了0.06μm。Fe元素可能具有使Nb-Ti-Ni相图富Nb区域的共晶沟向bcc-Nb相区偏移的作用。合金中不析出NbFe相时,合金的凝固路径为:首先析出初生（Nb,Ti）相,随着温度的降低,在初生（Nb,Ti）相周围发生二元共晶反应生成共晶{TiNi（Fe）+bcc-（Nb,Ti）}相,直至结束。对Nb-Ti-Ni（Fe）合金进行氢溶解实验得到,Fe元素的加入对合金氢溶解性能的影响较小,只轻微降低甚至不降低合金氢溶解量。在氢渗透实验中得到,每个系列合金中氢原子迁移率B与温度T^-1直线交于一点,所对应的温度为临界转变温度T_int,Fe元素的加入提高了合金在温度高于T_int时的氢扩散性能。当温度高于T_int时,Fe元素提高了氢原子的迁移率。Nb₄₀Ti₃₀Ni_30-xFe_x合金系列转变温度T_int为552K,Nb₄₄Ti₂₈Ni_28-xFe_x合金系列转变温度T_int为564K,Nb₅₆Ti₂₃Ni_21-xFe_x合金系列转变温度T_int为611K。转变温度T_int由Fe元素对氢扩散过程中活化能E与迁移率指前因子B₀的影响作用达到平衡时所决定。Fe元素提高高温时合金的氢渗透流量,但Nb₄₄Ti₂₈Ni₁₈Fe₁₀合金例外,其氢渗透流量在各个温度下均降低。同时,Fe元素提高了合金氢渗透流量水平对温度的敏感性。除Nb₄₄Ti₂₈Ni₁₈Fe₁₀合金外,Fe元素提高了合金中共晶相的氢渗透系数。合金Fe/Ni原子比为0.22(Nb₄₄Ti₂₈Ni₂₃Fe₅合金)时,共晶相氢渗透系数提高幅度达到最大,较Nb₄₄Ti₂₈Ni₂₈合金提高了69%。此外,Fe元素明显降低了合金在热循环实验中的持续时间,Nb₅₆Ti₂₃Ni₁₆Fe₅合金持续时间最短,仅为100分钟。综合来看,Fe元素的加入提高了Nb-Ti-Ni合金在高温时的氢渗透性能,降低了合金的抗氢脆性能。在所有合金中,综合性能最好的合金成分为Nb₄₄Ti₂₈Ni₂₃Fe₅合金,其氢渗透系数为3.9×10^-8mol H₂ m^-1s^-1Pa^-0.5,达到纯Pd的2倍,同时,在热循环实验中表现出较好的持久寿命,其持续时间达到175分钟。