本文關(guān)鍵詞：V-Cr-Pd-Cu氫分離合金鑄態(tài)組織與氫傳輸性能　出處：《哈爾濱理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：氫分離金屬膜是氫氣進行分離提純的關(guān)鍵,開發(fā)廉價、抗氫脆性能優(yōu)異、具有高滲氫性能的新型金屬膜材料勢在必得,無鈀或少鈀的氫分離合金膜目前備受關(guān)注。本文通過研究元素Cr和Pd對V基固溶體類氫分離合金膜微觀組織和性能的影響,從而獲得典型V-Cr-Pd合金成分,結(jié)合“多相構(gòu)成、功能分擔”的共晶型氫分離膜材料設計理念,在典型V-Cr-Pd合金中引入fcc-(Cu)固溶體相,開發(fā)了V-Cr-Pd-Cu四元合金膜材料。本文采用了電子掃描顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、Sieverts裝置、高精度滲氫設備等分析測試手段。V-Cr-Pd鑄態(tài)合金均由單一的bcc-(V)固溶體相構(gòu)成,元素Cr和Pd均勻固溶在合金中。V原子被Cr原子置換后晶格被壓縮,Cr含量越多晶格被壓縮程度越大,bcc-(V)固溶體相的形貌由塊狀變成了蠕蟲狀。Pd可緩解晶格被壓縮的程度,若元素Pd和Cr含量比例適中,幾乎可消除晶格的壓縮,得到bcc-V晶格參數(shù)與純V一致的典型合金成分,即V-5Cr-5Pd合金成分。Pressure-Composition-Temperature(PCT)曲線表明,氫在V固溶體合金中的溶解是放熱反應,各合金膜片的氫溶解度隨溫度的升高而下降,且在低平衡壓時,溫度對合金氫溶解度的影響十分顯著。當合金中固溶Cr和Pd后,合金的吸氫量和氫擴散系數(shù)K都降低,固溶量越大,下降程度越明顯。另外,元素Cr和Pd降低合金氫溶解的機理不同,且元素Pd降低合金氫溶解的能力要比Cr的強。V-7Cr-3Pd合金雖然滲氫速率優(yōu)異但因滲氫過程中吸氫量較大,發(fā)生氫脆而導致膜片破裂。通過對V_(30)Cu_(70-x)Cr_x合金鑄態(tài)微觀組織和氫傳輸性能的研究發(fā)現(xiàn),Cu-V合金可以形成與Cu-Nb超導合金類似具有非常合理的微觀組織,符合氫分離膜材料設計理念,在該兩相結(jié)構(gòu)中,bcc-(V)固溶體相為滲氫相,是氫擴散通道,而fcc-(Cu)固溶體僅作為支撐相,不影響bcc-(V)固溶體相的各項性能,因此可以確定V-Cu合金設計理念的正確性。在V-5Cr-5Pd合金成分的基礎上,引入fcc-(Cu)固溶體,開發(fā)出了(V-5Cr-5Pd)_(90)-Cu_(10)合金。隨著Cu含量的降低,其合理的兩相結(jié)構(gòu)仍然存在。(V-5Cr-5Pd)_(90)-Cu_(10)合金在保持優(yōu)異滲氫性能的同時其抗氫脆性能也非常突出。
[Abstract]:Hydrogen separation metal membrane is the key to the separation and purification of hydrogen. A new type of metal membrane material with excellent hydrogen embrittlement resistance and high hydrogen permeability is needed. Hydrogen separation alloy membranes without or without palladium have attracted much attention. In this paper, the effects of Cr and PD on the microstructure and properties of V-base solid solution-like hydrogen separation alloy membranes were studied. Thus, the design concept of eutectic hydrogen separation membrane material was obtained, which was composed of typical V-Cr-Pd alloy, combined with "multi-phase composition, function sharing". The V-Cr-Pd-Cu quaternary alloy membrane material was developed by introducing fcc-Pd-Cu) solid solution phase into typical V-Cr-Pd alloy. In this paper, the electron scanning microscope (SEM) was used to prepare the V-Cr-Pd-Cu quaternary alloy membrane material. X-ray diffractometer (XRD) Sieverts apparatus and high precision hydrogen permeation equipment. V-Cr-Pd as-cast alloys are all composed of a single Bcc-V) solid solution phase. The more Cr and PD atoms in the alloy were replaced by Cr atoms, the more the lattice was compressed. The morphology of bcc-V) solid solution phase changed from block to wormlike. PD can alleviate the compression of lattice. If the proportion of PD and Cr is moderate, the compression of lattice can be almost eliminated. The typical alloy compositions with the same lattice parameters as pure V have been obtained. That is, the composition of V-5Cr-5Pd alloy. Pressure-Composition-TemperaturePd (PCT) curve shows. The dissolution of hydrogen in V solid solution alloy is an exothermic reaction, and the hydrogen solubility of each alloy film decreases with the increase of temperature, and at low equilibrium pressure. The effect of temperature on the hydrogen solubility of the alloy is very significant. When Cr and PD are dissolved in the alloy, the hydrogen absorption and hydrogen diffusion coefficient K of the alloy decrease, and the larger the solution amount, the more the decrease degree. The mechanism of decreasing hydrogen dissolution of alloy by Cr and PD is different. The hydrogen solubilization ability of elemental PD alloy is stronger than that of Cr alloy. V-7Cr-3Pd alloy has better hydrogen permeation rate, but the hydrogen absorption capacity is larger in the process of hydrogen permeation. Hydrogen embrittlement leads to the rupture of the membrane. The study on the microstructure and hydrogen transport properties of the as-cast VS _ (30) / CuS _ (70) C _ (+) C _ (x) C _ (x) C _ x alloy has been carried out. Cu-V alloy can form a very reasonable microstructure similar to that of Cu-Nb superconducting alloy, which accords with the design idea of hydrogen separation membrane material, in the two-phase structure. Bcc-V) solid solution phase is hydrogen permeation phase and hydrogen diffusion channel, while fcc-cu-Cu) solid solution is only used as supporting phase and does not affect the properties of bcc-V) solid solution phase. Based on the composition of V-5Cr-5Pd alloy, the solid solution of fcc-cu is introduced. The alloy of V-5Cr-5PdPdCon is developed, and the content of Cu decreases with the decrease of Cu content. The reasonable two-phase structure of the alloy still exists. The hydrogen embrittlement resistance of the V-5Cr-5PdCd-Sch _ (90) -Cu _ (10)) alloy is also very prominent while maintaining its excellent hydrogen permeation properties as well as its hydrogen embrittlement resistance.
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.2;TQ116.2

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本文編號：1417676