（2-x）La-xCe-78Mg-20Ni合金的储氢性能研究

作     者：马嘉琪 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：李惊涛;马正中

授予年度：2023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：镁基合金 Ce替代La 储氢性能 快淬 

摘      要：本研究主要针对Ce替代La对镁基合金储氢性能的影响,通过真空感应熔炼制备了1La-79Mg-20Ni和(2-x)La-xCe-78]Mg-20Ni(x=0,0.5,1,1.5 wt.%)合金,通过快淬球磨制备(2-x)La-xCe-78Mg-20Ni(x=0,0.5 wt.%)合金。使用SEM、EDS和XRD对铸态合金进行表征,得知其主要相是La2Mg17,除此之外还有Mg2Ni和La2Ni3,铈取代没有产生新相。375℃活化实验中,合金储氢性能随着Ce替代比例的增加而减弱,0.5 wt.%的Ce取代La可以提高实验合金的首次吸氢能力、绝对放氢量和放氢比例,后两者分别最大可达5.59 wt.%和94.59%,但是同时会减小最大吸氢量和放氢速度。1.0 wt.%和1.5 wt.%的Ce过量取代La可以加快吸放氢速率,减少活化次数。0.5 wt.%Ce取代La组有最好的热力学性能,平台压约为0.55 MPa,最大吸氢量在350℃、4 MPa下活化时可达6.151 wt.%,吸氢焓变为-80.36 kJ/mol,放氢焓变为81.12 kJ/mol。使用JMAK拟合350℃动力学测试曲线得,吸氢速度常数随着Ce的质量比例增大而从0.729提高到2.303,即Ce替代La可以明显改善合金的储氢动力学性能。将快淬样品与铸态样品对比分析,活化曲线显示快淬样品易于活化,在第三次循环时即可完成活化。快淬组仅需4 min即可吸取铸态组约5 min吸取的氢气,但快淬组的最大吸氢量有所下降即放氢不彻底。PCT测试表明快淬组更易在低压力条件吸氢,但吸氢平台短,平台压低,最大吸氢量略低。在270℃、310℃和350℃下进行测试时,快淬合金的储氢热力学性能没有完全优于铸态合金,这可能是因为快淬时冷却速度较慢,非晶比例较小。以2La-78Mg-20Ni为例,快淬组的焓熵绝对值均小于铸态组,这说明快淬有助于提高材料的热力学性能。动力学测试知快淬和Ce替代均可以在前期提高合金吸氢速率,但是两种手段都会减少最大吸氢量。速度常数最大为快淬2La-78Mg-20Ni组,达4.179,说明快淬对于合金的储氢动力学提升明显。