多元合金化和球磨改性处理对Ti-V-Fe系储氢合金的微结构及储氢性能的影响

作     者：郑坊平 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈立新

授予年度：2006年

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

主      题：储氢合金 钒基固溶体 BCC结构 储氢性能 球磨改性 

摘      要：本文在对国内外BCC固溶体型储氢合金的研究进展进行全面综述的基础上,选择具有高吸氢量的Ti-V-Fe系储氢合金为研究对象,通过XRD、SEM、EDS分析以及吸放氢性能测试等手段,比较系统地研究了中V含量和高V含量的两种系列Ti-V-Fe三元合金的微结构和储氢性能,以及多元合金化和球磨改性处理对优选合金的微结构和储氢性能的影响规律,力求进一步提高Ti-V-Fe系储氢合金的综合性能。 对中V含量的TiVFe(x=54,49,44;y=5,7,5,10)系三元合金的研究表明:该系列合金主要由体心立方(BCC)结构的固溶体相组成,其中TiVFe合金中还含有少量的α-Ti第二相。储氢性能测试表明:该系列合金的动力学性能很好,在室温和4MPa初始氢压条件下首次吸氢时,无需氢化孕育期就能快速吸氢;活化后的合金吸氢速度极快,只需3min左右即可吸氢饱和;随着Ti、Fe含量的增加和V含量的减少,合金的室温最大吸氢量、300℃有效放氢量以及放氢效率均随之增加。在所研究的合金中,TiVFe合金的综合性能相对较好:经4次吸放氢循环即可活化,室温最大吸氢量可达372.4 ml/g,300℃有效放氢量达到238.5 ml/g。 为了提高合金的最大吸氢容量及绝对有效放氢量,并降低合金的放氢温度,本文进一步系统研究了高V含量的(ZiVFe(x=0,2,4,6)系三元合金的微结构和储氢性能。结果表明:该系列合金均由单一的BCC固溶体相组成;合金的点阵常数随着Fe含量的增加呈线性递减,晶胞体积也随之降低。随着Fe含量从x=0增加至x=6,合金的活化次数由4次降为2次,10℃最大吸氢量从509.5 ml/g逐渐降至424.8ml/g,而50℃有效放氢量先升后降,并在x=4时达到最高值255.6ml/g。在所研究的合金中,TiVFe合金具有较佳综合性能:经2次吸放氢循环即可活化,10℃最大吸氢量达到494.5 ml/g,50℃有效放氢量为255.6ml/g。对TiVFe合金在吸放氢过程中的物相分析表明,此类合金的有效放氢率偏低的主要原因是由于P-C-T放氢曲线的低平台压力较低、合金中VH基氢化物相难以分解脱氢造成的。 在三元合金的研究基础上,本文对优选出的TiVFe合金进行了复合球磨改性研究。研究表明,经1h真空机械球磨制备的TiVFe4+10wt%TiZrMn复合物由BCC固溶体主相和C14型Laves第二相组成。与铸态TiVFe合金相比,球磨复合物的BCC主相晶胞体积略有增大;活化性能得到极大改善,首次吸氢即能活化:室温最大吸氢量有所降低(459.8 ml/g),但P-C-T放氢平台特性和滞后现象有了一定改善,其50℃有效放氢量也有所提高(268.5 ml/g)。 在优选出的TiVFe合金的基础上,本文又进一步研究了Cr部分取代V对TiVCrFe(x=11,12,13,14)系四元合金微结构和储氢性能的影响。研究表明:该系列合金均由单一的BCC固溶体相组成,合金的点阵常数随着Cr含量的增加呈