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特种铸造及有色合金 2022年第7期42卷 838-842页

作者：宋文龙廖航宇洪嘉婷陈蔚清陈杨连邹金明李晓闲张雪辉江西理工大学材料冶金化学学部江西赣州341000

通过液相原位反应球磨+放电等离子体烧结技术制备了Y_(2)O_(3)体积分数为7%的Cu基复合材料,采用XRD、OM、SEM、万能试验机、硬度计、涡流电导仪等表征手段,系统研究了球料比对复合材料组织和性能的影响。结果表明,随着球料比增加,原位... 详细信息

通过液相原位反应球磨+放电等离子体烧结技术制备了Y_(2)O_(3)体积分数为7%的Cu基复合材料,采用XRD、OM、SEM、万能试验机、硬度计、涡流电导仪等表征手段,系统研究了球料比对复合材料组织和性能的影响。结果表明,随着球料比增加,原位生成的7Y_(2)O_(3)/Cu基复合材料力学性能逐渐提高,电导率略微下降,且相对密度均能保持在97%以上,基本实现致密化;显微组织结构显示增强相Y_(2)O_(3)颗粒多为球状,大小在200~500 nm;随着球料比的增加,第二相颗粒在Cu基体中分布更加均匀;断裂机理呈现为典型的塑性断裂,韧窝内分布明显的Y_(2)O_(3)颗粒。

关键词： Y_(2)O_(3)/Cu基复合材料球料比原位反应球磨放电等离子体烧结

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Ti,Y掺杂对NaAlH4的原位制备及其可逆吸放氢性能的影响

Ti,Y掺杂对NaAlH4的原位制备及其可逆吸放氢性能的影响

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作者：罗红整广西大学

学位级别：硕士

NaAlH在较为温和(100-200℃)温度下具有较高的可逆储氢容量(5.6wt%),是一种很前途的储氢材料。虽其自身吸放氢动力学性能还不理想,但可通过添加催化剂实现明显提升。传统离子型催化剂,如TiCl,对其吸放氢动力学提升效果显著,但因有卤化... 详细信息

NaAlH在较为温和(100-200℃)温度下具有较高的可逆储氢容量(5.6wt%),是一种很前途的储氢材料。虽其自身吸放氢动力学性能还不理想,但可通过添加催化剂实现明显提升。传统离子型催化剂,如TiCl,对其吸放氢动力学提升效果显著,但因有卤化钠惰性副产物产生而降低体系的储氢容量。非典型离子型催化剂,如TiB,虽不会在制备过程中产生惰性副产物,但在传统工艺条件下难以细化到纳米尺度,使得催化效果不够好。本文希望通过改善制备工艺和掺杂方式等手段使催化剂存在尺度减小,分散均匀度改善,并且提高与基体耦合度,从而提升催化效率。考虑到原料中的Al容易在球磨中发生粘连,我们采用先基于陶瓷罐和陶瓷磨球进行预球磨,然后在高压氢气氛围下进行原位反应球磨的分步球磨工艺。探索发现,该工艺能有效减小球磨过程中Al的黏连及其造成的初始反应物损失,预球磨后的混粉具有很高分散度和很好的耦合关系,后续原位合成效果明显更好。因此,我们将用该工艺开展下面的研究工作。首先,本文对TiAl、TiH和Ti三种不同形式添加物的单掺杂情况进行研究。实验发现,它们的添加都能促进NaAlH的原位合成,添加Ti粉原位合成的NaAlH具有最高的首次放氢量和放氢动力学性能。TiAl对NaAlH的放氢动力学改善效果稍好于TiH,但Ti单质粉末添加效果是最好的。这可能是因为添加Ti情况下有TiAl和TiH同时形成,在原位球磨情况下它们可能存在较好耦合关系,进而对体系吸放氢产生协同催化效果。还发现,从第二次循环放氢开始,三个样品的储氢容量明显比首次低,可能是因为首次吸放氢过程中Al晶粒长大过快所致。接着再采用相同的工艺对Al+NaH+xTi(x=0.01,0.02,0.03,0.04)四个不同Ti添加量情况进行探究。发现添加2mol%Ti单质粉情况所合成的样品具有最高的首次放氢量,为5.13wt%。添加4mol％Ti单质粉末情况的首次放氢量最少,为4.84wt％,但第一、二步分解反应的起始脱氢温度最低,脱氢动力学性能也最好。还发现,Ti的掺杂量越多,所合成的样品的吸氢动力学越快,可逆储氢量保持率越好,但会降低体系的储氢量。从我们当前实验看,综合性能较好的Ti添加量可能是在2mol%附近。其次,本文对Y单掺杂情况进行探究。实验发现单独添加Y单质和YH情况下,预球磨产物中都出现了明显的YH衍射峰,合成NaAlH效果明显比相应Ti添加的情况差很多。鉴于此,我们将Al+xY(x=0.02,0.04)进行熔炼,得到Al/YAl双相混合结构原料。发现以Y-Al合金作为添加物情况下,原位反应球磨合成NaAlH的效果比添加Y单质和YH情况有明显改善,但它依然不如Ti添加物效果好。从样品的首次放氢动力学测试发现:Y添加量高时,样品具有更低的起始放氢温度,放氢动力学更好,但也会明显影响储氢量。在首次放氢量方面,添加2mol%Y的样品的首次放氢量4.56wt％,高于4mol%Y情况的3.48wt%,即Y添加量小的情况首次放氢量更大;循环吸放氢动力学测试发现,Y添加有利于循环稳定性的改善。综合对比可知,添加Ti在放氢量、起始放氢温度和放氢动力学上优于Y-Al,但添加Y-Al时,两个脱氢反应的温度差更小,循环容量保持率更好。最后,对Ti-Y共掺杂情况进行研究。我们采用相同工艺及相关实验操作,对Al-Ti-Y以混粉直接预球磨和先进行熔炼后再进行预球磨的共掺杂进行探究。发现,经过35h的高压氢气氛下高能球磨后,未经熔炼样品的衍射图谱中基本上只有NaAlH的衍射峰,说明样品合成比较顺利。经过熔炼的样品中,富Ti情况也已经合成NaAlH;而富Y情况样品的合成效果就差很多:当球磨时间达到75h后,NaAlH才能比较充分的合成。此外,经过熔炼处理样品的放氢动力学也都比未经熔炼情况的好。从前几次放氢循环测试结果看,Ti-Y共掺杂情况都能比单掺杂Ti情况明显提高NaAlH循环稳定性,而经过熔炼处理后样品的循环稳定性更好;与单掺杂Y情况相比,发现共掺杂情况在吸放氢动力学方面有很大幅度提升。因此Ti-Y共掺杂情况下,体系既具有掺杂Ti情况动力学好的优点,也具有掺杂Y情况循环性能好的优点。虽然最佳的Ti-Y比还有待探索,但可以预计是在富Ti情况下达成。

关键词： NaAlH4 高能预球磨原位反应球磨储氢性能

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