论文部分内容阅读
镁具有单位储氢量大,价格便宜等优点,但是其吸放氢条件苛刻且动力学较差,目前对其镁基储氢合金的改善均有其不足之处。合金化是改善合金储氢性能的重要方法,为了获得储氢性能好的合金,本文采用高熵合金的设计理念,利用机械合金化的方法制备含镁高熵合金,用真空熔炼制备含轻质稀土元素Sc的AB2型Laves相储氢合金。采用X射线衍射分析、电子显微镜(SEM.TEM).吸放氢以及电化学性能测试对所制样品组织结构、储氢及电化学性能进行了研究。具体研究内容和结果如下：本文设计了一系列含镁高熵合金,采用高能球磨制备并对样品进行XRD测试,再利用Miedema模型理论计算了含镁多元高熵合金的混合焓、混合熵等热力学参数,并计算合金的原子尺寸参数。结合计算结果和实验结果,总结出含镁高熵合金的相形成规律与热力学参数和原子尺寸的关系。结果表明,当合金形成单相固溶体时,8%<δ<10%,1<Ω<13,或者-12<△Hmix<-1.5,14%<△Rmax<18.5%。理论计算的结果可以初步预判多组元是否能形成固熔相,为以后设计含镁高熵合金提供了理论依据。通过XRD.SEM.TEM等常用表征方法,研究了合金中Mg的固溶问题,发现Mg在多组元合金中可以固熔形成单相组织,没有发现单质态的Mg存在,进一步证明了机械合金化可以合成含镁高熵合金。还进一步研究了MgTiVNiM(M=Al、Co、Fe、Cu、Mn、Cr)合金的储氢和电化学性能,研究表明,含镁高熵合金的储氢热力学苛刻,储氢量和电化学容量低,循环稳定性差,300℃的最大储氢量为1.1wt%(M=Fe),且电化学容量最大为170.9mAh/g.本文还研究了Sc基AB2型Sc0.8Zr0.1Y0.1Mn2-xNix(x=0-2)储氢合金的微观组织结构和储氢性能。研究结果表明,合金铸态组织主要由Laves主相和少量ScNi及富Y的第二相组成,其中稀土Sc和Y元素易与Ni形成相应的金属间化合物相。随Ni含量x的增加,合金基体的Laves相组织结构由C14型向C15型转变,x=0.0时,合金组织基本为C14型Laves相单相组织,x=2.0时,合金组织则完全转变为C15型Laves相单相组织。Ni元素替代Mn对合金的气态吸放氢动力学行为和吸氢PCT曲线影响较大。随Ni含量的增加,合金吸氢动力学与活化性能逐渐变慢,但其放氢温度明显降低,氢化物生成焓减小(-18.72～-35.05kJ、mol),储氢平台压升高,储氢容量降低；室温时合金最大储氢量达2.18wt%,储氢后其晶格膨胀率AV/V为10.63～27.32%,吸氢前后合金主相仍保持C14型或C15型相结构,并未发生新的氢致相变,亦无氢致非晶化现象。