论文部分内容阅读
本文中选择Nb Ti Zr V、Nb Ti Zr Hf及Nb Ti Zr Hf V这三种成分合金进行组织与储氢性能研究。采用真空非自耗电弧熔炼获得母合金钮扣锭,利用金相显微镜、X射线衍射仪及扫描电镜研究合金铸态及热处理后组织演变规律;通过测定PCT曲线研究铸态及热处理合金的储氢性能,揭示氢在合金的溶解与扩散机制。铸态条件下所选三类合金均由单一的BCC固溶体相构成,但存在严重的晶格畸变及内应力。Nb Ti Zr V和Nb Ti Zr Hf V这两种合金铸态条件下组织均为发达树枝晶形貌,在热处理后组织均发生了较大的改变。Nb Ti Zr V合金热处理后出现了Zr-rich和Zr-poor这两种形式的BCC固溶体相,随着热处理时间的延长,两相含量出现变化;Nb Ti Zr Hf V合金热处理后出现了V2M形式的Laves相分布在晶界及晶粒内部,但其含量较少,XRD衍射峰并不明显。相比而言,Nb Ti Zr Hf合金铸态条件下为等轴晶形貌,在经历长时间热处理后组织形貌并没有发生改变,且成分分布依旧十分均匀,说明其组织具有优越的热稳定性。三种合金铸态时均可吸收一定量氢,吸氢量排序为:Nb Ti Zr Hf>Nb Ti Zr V>Nb Ti Zr Hf V,对于每一种合金而言其吸氢量均随着温度的降低而增大,即表现出吸氢放热特性。从PCT曲线可以看出合金在低、中、高三段压力范围均呈现出各自的规律,低压段(<0.1MPa)时,合金吸氢量大,速度快,表明氢在其中溶解速度快;中压段(0.1~0.4MPa)时H溶解基本上呈现近线性关系,但并不符合Sievert’s定律,线性拟合可得出氢溶解系数K,发现K值随温度的升高而增大;高压段(>0.4MPa)时氢在合金中的溶解速度变慢,在此段主要是无序氢固溶体向有序氢化物转变过程。另外,氢在各个合金的扩散系数D值和浓度相关,在较低浓度时,D值与浓度相关性较小,浓度高时相关性大,会明显偏离理想情况。每种铸态合金吸收大量氢后均出现多种形式氢化物如Nb Hx、Zr Hx、Hf Hx等,x数值在一定范围内波动。测定了1273K热处理120h后组织最稳定的Nb Ti Zr Hf及出现了Laves新相的Nb Ti Zr Hf V这两种合金的PCT曲线,发现Nb Ti Zr Hf合金热处理后其吸氢性能减小,然而对于Nb Ti Zr Hf V合金由于出现了只存在四面体间隙的Laves新相,提供了新的氢原子可占据的间隙,从而导致热处理后该合金的吸氢性能反而增大。