【摘要】：研究表明Nb-Ti-Co氫分離合金具有高氫滲透性能,但由于共晶組織高氫溶解度導(dǎo)致合金抗氫脆性能不足,且由于高溫氫滲透過程中合金表面Pd催化膜與基體發(fā)生互擴(kuò)散,導(dǎo)致氫滲透性能衰退,故本文通過加入Pd來調(diào)控共晶結(jié)構(gòu)進(jìn)而提高合金氫傳輸性能。本文運(yùn)用元素置換法,用元素Pd置換Nb-Ti-Co中等比例的Ti和Co,形成Nb-Pd-Ti-Co新型氫分離合金,研究元素Pd對(duì)合金微觀組織和氫傳輸性能的影響規(guī)律,得到同時(shí)具有優(yōu)異氫滲透性能、優(yōu)異抗氫脆性能以及良好高溫持久氫滲透性的氫分離合金。對(duì)Nb30Pdx Ti35-x/2Co35-x/2(x=0,5,10,15,20)合金的XRD、SEM和EDS結(jié)果分析表明,當(dāng)加入的Pd量x≤10時(shí),合金物相主要由bcc-Nb相和B2-Ti Co相組成,組織仍然保持全共晶的結(jié)構(gòu),加入的元素Pd主要固溶于B2-Ti Co相中,僅有少量固溶于bcc-Nb相中,其對(duì)微觀組織的主要影響是使共晶中兩相層片間距變大和晶界處的bcc-Nb相和B2-Ti Co相發(fā)生粗化。當(dāng)Pd加入量x=15時(shí),組織組成為初生B2-Ti Co相加共晶相,且隨著Pd的繼續(xù)加入初生B2-Ti Co相逐漸增多。對(duì)全共晶Nb30Pdx Ti35-x/2Co35-x/2(x=0,5,10)合金進(jìn)行氫溶解測(cè)試,發(fā)現(xiàn)元素Pd置換Ti和Co能較大幅度地降低合金的氫溶解度,即Pd能有效降低共晶組織的氫溶解度。對(duì)全共晶合金進(jìn)行氫滲透測(cè)試,發(fā)現(xiàn)元素Pd置換Ti和Co后會(huì)降低合金的滲透性能,且隨著Pd元素添加量的增多,氫滲透性能降低幅度越大。根據(jù)計(jì)算合金擴(kuò)散系數(shù),Pd逐漸置換合金中的Ti、Co后,合金的氫擴(kuò)散系數(shù)先降低后增加,這是合金本征擴(kuò)散系數(shù)和熱力學(xué)因子綜合作用的結(jié)果。全共晶Nb30Pdx Ti35-x/2Co35-x/2(x=0,5,10)三個(gè)合金在緩冷過程中沒有發(fā)生氫脆,但相比與Nb30Ti35Co35合金,加入Pd后形成的合金表現(xiàn)出更優(yōu)異的抗氫脆性能,即Pd的加入能進(jìn)一步提高合金的抗氫脆性能。在6小時(shí)高溫氫滲透實(shí)驗(yàn)后,Nb30Ti35Co35氫滲透系數(shù)降低了73.31%,而Nb30Pd10Ti30Co30僅降低了38.72%,Pd的加入能有效的降低高溫氫滲透過程中基體與Pd膜之間的互擴(kuò)散,顯著提高了全共晶合金的高溫持久氫滲透性。進(jìn)一步探究加入Pd對(duì)亞共晶氫分離合金的微觀組織和氫傳輸性能的影響發(fā)現(xiàn),亞共晶Nb52Pdx Ti25-25x/48Co23-23x/48(x=0,5,10)合金組織仍初生Nb相加共晶相組成,加入的Pd對(duì)初生bcc-Nb相沒有影響,但對(duì)共晶晶界處的Bcc-Nb相和B2-Ti Co相發(fā)生粗化,而且Pd加入量x=5,Pd主要固溶于共晶組織中,初生Nb相中幾乎沒有,當(dāng)Pd加入量x=10時(shí),固溶于初生Nb相中的Pd增多。氫溶解測(cè)試表明,Pd的加入能降低Nb52Ti25Ni23合金的氫溶解度。氫滲透和抗氫脆性能測(cè)試表明,Nb52Pd5Ti22.4Co20.6合金的氫滲透性能與Nb52Ti25Ni23合金相比僅發(fā)生輕微降低,但合金的抗氫脆性能得到了提高,說明Pd的加入對(duì)共晶組織進(jìn)行了調(diào)控,提高了多相合金中共晶組織承擔(dān)抗氫脆性能的能力,而Nb52Pd10Ti19.8Co18.2合金氫滲透性能發(fā)生了較大的降低,說明Pd加入較多時(shí)對(duì)合金的氫滲透性能降低太多。6小時(shí)高溫氫滲透實(shí)驗(yàn)表明,Nb52Ti25Ni23氫滲透系數(shù)降低了76.11%,而Nb52Pd10Ti19.8Co18.2僅降低了49.87%,加入Pd能提高Nb52Ti25Ni23合金的高溫持久氫滲透性。研究發(fā)現(xiàn)Nb52Pd5Ti22.4Co20.6合金具有良好的綜合性能:在673K溫度下,氫滲透系數(shù)為2.78×10-8mol H2 m-1s-1Pa-0.5,為純Pd的1.74倍,在冷卻到室溫后仍然沒有發(fā)生氫脆,6小時(shí)高溫氫滲透實(shí)驗(yàn)后氫滲透系數(shù)降低了62.48%。
【圖文】：

際應(yīng)用的金屬膜主要是純 Pd 及 Pd 基合金膜，Pd 基合金 Pd 金屬地球存儲(chǔ)量很少，，導(dǎo)致價(jià)格非常高，這極大的限業(yè)提純氫上的大規(guī)模使用。對(duì)此，研究能代替貴金屬 P離合金膜材料具有迫切的要求。研究表明，元素周期表和 Ta)[17]具備優(yōu)異的氫滲透性能。圖 1-1 為幾種金屬氫滲

金屬膜分離氫氣原理圖
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG139

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2681587