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本文首先对各种储氢合金的研究开发状况进行了全面简述,进而确定以镁基储氢材料为研究对象,采用机械合金化的方法制备了二元合金MgxTi100-x(x=35,50,65,80)、三元合金Mg35Ti65-xNix(x=5,10,20,30)以及四元合金Mg35Ti35Ni30R10(R=Y,Sc,Nd),借助于X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、吸放氢测试以及电化学性能测试等手段分析和研究了Mg含量、球磨时间和球磨工艺对MgxTi100-x球磨产物微观组织演化规律、相结构和吸氢行为的影响;Ni含量对Mg35Ti65-xNix球磨产物微观组织演化规律、相结构和电化学性能的影响以及Mg35Ti35Ni30R10球磨产物微观组织演化规律和电化学性能。
研究结果表明,对于MgxTi100-x(x=35,50,65,80,)在相同球磨时间(t=20h)的条件下,球磨合金MgxTi100-x微观组织的相组成与Mg含量关系密切,当Mg含量x按35～80依次增加时,其球磨产物的相组成依次为BCC型、BCC型(主相)+FCC型+HCP型、FCC型(主相)+BCC型+HCP型和HCP型(主相)+FCC型,其中各物相的晶胞参数随Mg含量的增加而减小。随球磨时间的增加,Mg35Ti65球磨产物的微观组织发生显著变化,当球磨时间较短时(t=1～15h)易先形成少量的FCC型固溶体相,当球磨时间t≥20h后则形成单一的BCC型固溶体相。合金的成分和相组成对球磨产物的吸氢行为影响很大,其中具有BCC型结构的Mg35Ti65球磨合金在8MPa氢压和200℃度时其最大储氢容量达到3.8wt％,并表现出较好的吸氢动力学特性,具有BCC型(主相)+FCC型+HCP型相结构的Mg50Ti50合金的吸氢动力学性能较差,最大吸氢量为3.3wt％;而具有FCC型(主相)+BCC型+HCP型和HCP型(主相)+FCC型混合相的球磨合金MgxTi100-x(x=65,80)其吸氢容量比较小。
对于三元合金Mg35Ti65-xNix(x=5,10,20,30)在相同球磨时间条件下,球磨合金的微观组织相组成与Ni元素含量关系密切,随Ni含量x从5、10和20增加至30时,其球磨产物的相组成依次为HCP型、HCP型、BCC型BCC型。Mg35Ti65球磨合金在室温下电化学容量很低,但通过Ni元素取代部分Ti元素,随着Ni含量的增加合金其电化学容量差别较大,当X=30时,合金的电化学容量达到最大值(238.5mA·h/g),循环寿命随着Ni含量的增加循环寿命有所下降。
对于四元合金Mg35Ti35Ni30R10(R=Y,Sc,Nd),在相同的球磨条件下,当R=Sc、Y时,合金趋于非晶化,球磨合金的初始放电容量达到最大值,但在多次循环后,合金的容量衰减很快。