本文關(guān)鍵詞：Ti-Cr基高坪臺壓儲氫合金的改性研究

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【摘要】：為了滿足加氫站固定式儲氫系統(tǒng)的高效儲氫要求,一種將金屬氫化物固態(tài)儲氫技術(shù)與高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)有機耦合的固態(tài)-高壓復(fù)合儲氫系統(tǒng)近來受到業(yè)界的廣泛關(guān)注和重點研究。其中,開發(fā)具有高放氫坪臺壓力的儲氫合金是固態(tài)-高壓復(fù)合儲氫系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵之一。本文在綜述國內(nèi)外有關(guān)高坪臺壓儲氫合金研究進展的基礎(chǔ)上,選取具有較高放氫坪臺壓力的Ti1.02(Cr-Mn-Fe)2合金作為研究對象,通過XRD、SEM、EDS以及Sievert型吸放氫性能測試等手段,首先研究了Cr/Mn和Fe/Mn比對合金的微觀結(jié)構(gòu)及儲氫性能的影響；在此基礎(chǔ)上,進一步研究了摻加稀土元素(La、Ce、Ho)以及不同退火熱處理工藝對Ti1.02Cr1.1Mn0.3Fe0.6合金微觀結(jié)構(gòu)及儲氫性能的影響規(guī)律與改性作用。首先研究了Cr/Mn比和Fe/Mn比對Ti1.02CrxMn1.1-xFe0.6(x=1,1.5,1.1)合金和Ti1.02Cr1.1Mn0.6-yFey(y=0.6,0.65)合金微觀結(jié)構(gòu)及儲氫性能的影響。結(jié)果表明：所有合金均具有C14型Laves相單相結(jié)構(gòu)；隨著Cr/Mn比的增加,合金的晶胞參數(shù)和晶胞體積逐漸增大：而隨著Fe/Mn比的增加,合金的晶胞參數(shù)和晶胞體積逐漸減小。儲氫性能測試結(jié)果表明,Cr/Mn比的增加使得合金的吸氫量增加、吸放氫坪臺壓逐漸降低,而Fe/Mn比的增加使得其吸氫量減少、吸放氫坪臺壓逐漸升高,其中Ti1.02Cr1.1Mn0.3Fe0.6合金具有相對優(yōu)異的儲氫性能,其243 K最大儲氫量為1.621wt.%,放氫坪臺斜率為0.129,吸放氫壓力滯后系數(shù)為0.57,在318K放氫坪臺壓為51.80 MPa,放氫反應(yīng)的焓變?yōu)?6.47 kJ/mol H2。在上述研究基礎(chǔ)上,為改善合金的常溫活化性能,進一步研究了添加稀土元素(La、Ce、Ho)對Ti1.02Cr1.1Mn0.3Fe0.6REx(RE=La, Ce, Ho;x=0,0.01,0.03,0.05)合金的微觀結(jié)構(gòu)及儲氫性能的影響。微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明,添加稀土元素后,合金主相仍然為C14型Laves相結(jié)構(gòu),但是會使合金的晶胞體積增加,隨著稀土元素添加量的增多,合金會出現(xiàn)少量的稀土氧化物相。儲氫性能測試結(jié)果表明,添加稀土元素對合金的活化性能有改善作用,合金不需經(jīng)過高溫,在常溫情況下就可以完全活化；摻入La和Ce元素時,合金的吸放氫坪臺壓會有所降低,且吸放氫壓力滯后性和坪臺斜率均有所增加；加入La時吸氫量增加,而加入Ce時吸氫量基本不變。在相同添加量Ti1.02Cr1.1Mn0.3Fe0.6RE0.03 (RE=La, Ce, Ho)合金中稀土元素原子序數(shù)的增加,合金的吸放氫坪臺壓力逐漸降低,吸放氫壓力滯后性減少,P-C-T曲線坪臺斜率增加,放氫反應(yīng)的焓變增加。在所研究的摻加稀土合金中,Ti1.02Cr1.1 Mn0.3Fe0.6La0.03和Ti1.02Cr1.1Mn0.3Fe0.6Ce0.03合金具有相對較佳的綜合儲氫性能。為了考察合金的批量生產(chǎn)效果和熱處理改性作用,采用中頻感應(yīng)熔煉方法批量制備了Ti1.02Cr1.1Mn0.3Fe0.6合金,并系統(tǒng)研究了不同退火溫度(873 K、973 K、1123 K、1173 K)和退火時間(2 h、5 h、8 h)熱對合金微觀結(jié)構(gòu)和儲氫性能的影響。結(jié)果表明,經(jīng)過不同溫度退火處理后,合金中出現(xiàn)了少量的第二相,并且合金的C14型Laves主相晶胞體積有所增加；經(jīng)過退火處理后合金的298 K吸氫坪臺壓力和318 K放氫坪臺壓力都有所降低,P-C-T曲線坪臺斜率有所改善。在1123 K退火溫度下,延長退火時間,會使合金的最大儲氫容量先升高后下降,并在退火5h時達(dá)到1.721wt.%的最高值;同時,延長退火時間會使得合金的吸放氫坪臺壓力逐漸上升。在所研究的退火合金中,在1123 K下退火5h的合金具有最佳綜合儲氫性能,它的298 K吸氫坪臺壓力為29.09 MPa,318 K放氫坪臺壓力為45.12 MPa,最大儲氫容量為1.721wt.%,放氫反應(yīng)焓變?yōu)?7.78 kJ/mol H2,適用于作為固態(tài)-高壓復(fù)合儲氫系統(tǒng)用儲氫材料。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG139.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1143656