Nb-Ti-Fe渗氢合金成分优化设计和氢传输性能研究

作     者：葛晓宇 闫二虎 陈运灿 黄仁君 程健 王豪 刘威 褚海亮 邹勇进 徐芬 孙立贤 GE Xiaoyu;YAN Erhu;CHEN Yuncan;HUANG Renjun;CHENG Jian;WANG Hao;LIU Wei;CHU Hailiang;ZOU Yongjin;XU Fen;SUN Lixian

作者机构：桂林电子科技大学广西信息材料重点实验室 中南大学粉末冶金国家重点实验室 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2022年第36卷第18期

页      面：110-115页

核心收录：

学科分类：0806[工学-冶金工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(52161034 51761009 U20A20237 51863005 51462006 51102230 52101245 51871065 51971068) 广西自然科学基金(2020GXNSFAA159163 2021GXNSFBA075057) 广西八桂学者基金、中德国际合作项目(GZ1528) 广西科技项目(AA19182014,AD17195073,AA17202030-1,AB21220027) 桂林电子科技大学研究生教育创新计划项目(2019YCXS109) 广西信息材料重点实验室基金项目(211012-Z)~~ 

主　　题：Nb-Ti-Fe合金 显微组织 氢渗透性能 氢扩散性能 

摘      要：目前，围绕ⅤB族金属(Nb、V和Ta)及其合金开发廉价和高渗氢性能的合金膜材料成为研究的热点。基于此，本工作围绕Nb-Ti-Fe渗氢合金体系，即NbTiFe和NbTiFe(x=0,5,10)合金，开展了一系列研究。首先通过SEM、EDS和XRD等对其显微结构特征进行了表征；在此基础上，利用氢渗透测试仪和Devanathan-Stachurski型电解池测量上述合金的氢传输性能，如氢渗透、氢扩散和氢溶解性能；最后阐明了合金成分、组织、氢传输性能之间的本征关系。研究结果表明，六种Nb-Ti-Fe三元合金均具有双相结构特征，即由TiFe相和α-Nb相组成，尽管个别成分中含有少量的NbFe相。此外，上述合金中，随着Ti/Fe比率的升高(即x值↑),共晶相体积分数增大，相反，初生TiFe相含量减少，伴随上述变化，合金的氢渗透性能变好，但抗氢脆性能变差，上述结果进一步证实了组织中的初生TiFe相和共晶相起抗氢脆作用，而α-Nb固溶体相起渗氢作用。NbTiFe合金在673 K下具有最优的渗氢性能，即：其氢渗透系数为3.28×10mol Hm·s·Pa,是相同实验条件下纯Pd的2.1倍。上述结果还远高于文献报道中的NbTiFe(2.9×10mol Hm·s·Pa)。本工作证实了成分优化设计可以很好地调控合金的显微组织结构，进而获取综合性能良好的Nb-Ti-Fe渗氢合金。