【摘要】：Ti0.1Zr0.9Ni0.6Co0.4合金以其室溫吸氫容量大、吸氫平衡壓力低、放氫壓力適中等特點,被認(rèn)為是一種很有潛力的氫同位素氣體處理材料,可實現(xiàn)對氫同位素氣體的高效汲取和回收。但是該材料在氫同位素處理過程中,易被體系中含有的雜質(zhì)氣體毒化而失效。為滿足氫同位素氣體處理的實際應(yīng)用需求,需對合金抗毒化性能進行改善。本文通過在Ti0.1Zr0.9Ni0.6Co0.4合金表面包覆一層具有氫選擇透過性的PdCu合金膜的方法來提高合金的抗雜質(zhì)氣體毒化性能。并對PdCu膜制備方法進行研究,采用SEM、EDS、XRD、ICP-AES等方法對PdCu膜的形貌特征進行系統(tǒng)分析,研究鍍膜工藝參數(shù)對于膜形貌的影響,優(yōu)化出最佳的鍍膜工藝,并對抗毒化處理后的合金材料抗毒化性能等進行了研究,具體結(jié)論如下:(1)采用化學(xué)鍍方法在合金表面依次鍍覆Pd膜和Cu膜,形成PdCu復(fù)合膜,并對復(fù)合膜制備工藝進行研究,最終優(yōu)化出最佳的復(fù)合膜制備工藝。片狀TiZrNiCo合金表面鍍Pd膜的最佳工藝條件為:敏化活化三次,清洗剝離活化層易脫落鈀催化粒子,形成附著牢固分布均一的活化層;以此催化基底為基礎(chǔ),以1.0g/LPdC12為主鹽,還原劑N2H4·H20為0.0122mol/L,采用緩慢滴加的方式進行鍍鈀膜反應(yīng);施鍍時間不應(yīng)低于40min,才能確保得到致密均一的Pd膜層。片狀TiZrNiCo合金表面鍍Cu膜最重要的實驗控制參數(shù)是鍍液的pH值,以5.24g/L CuS04·5H20為主鹽,還原劑CHOCOOH0.0256mol/L,需要適量NaOH(40%)調(diào)節(jié)鍍液pH至12.5,方可確保鍍液穩(wěn)定,使Cu以適當(dāng)?shù)乃俾示鶆虺练e在基體表面。研究發(fā)現(xiàn),膜層的沉積方式與合金基底形貌有密切的關(guān)系,Pd和Cu在片狀合金表面的沉積過程符合“半球面自催化沉積”動力學(xué)模型。(2)對化學(xué)鍍包覆的PdCu復(fù)合膜合金化熱處理工藝進行優(yōu)化,PdCu合金膜的相結(jié)構(gòu)受熱處理時間和膜層初始鈀銅元素比例影響。以Pd:Cu=60:40的比例在合金顆粒表面沉積Pd-Cu雙金屬膜,進行如下的熱處理工藝:升溫至600℃(保溫6h)→降溫至400℃(1℃/min)→400℃保溫8h→降溫至室溫,可使Pd-Cu合金化為bcc相膜層。研究發(fā)現(xiàn),熱處理時膜層元素會與基底發(fā)生互擴散,EDS分析結(jié)果顯示該擴散層主要元素為Pd和Zr。(3)對表面包覆PdCu膜前后的TiZrNiCo合金顆粒進行抗毒化性能測試比較,發(fā)現(xiàn)在含有雜質(zhì)氣體的標(biāo)氣中吸氫時,包覆后材料的抗毒化性能得到明顯提升,由未包覆的0.58wt.%提高到1.75wt.%,說明PdCu膜包覆明顯改善了合金的抗毒化性能。包覆PdCu膜后的合金顆粒在含3種不同濃度雜質(zhì)氣體的H2標(biāo)準(zhǔn)氣中進行多次吸放氫循環(huán)后,吸氫容量出現(xiàn)下降,但一般經(jīng)6次循環(huán)后,容量基本保持穩(wěn)定。通過對吸放氫循環(huán)后的合金進行SEM和EDS分析發(fā)現(xiàn),合金性能出現(xiàn)下降是由于合金吸放氫過程中的粉化導(dǎo)致的PdCu膜開裂和脫落。通過抗毒化材料在含不同濃度雜質(zhì)氣體的吸放氫性能比較發(fā)現(xiàn),O2對合金材料的毒化作用突出,隨著O含量的提升,材料的吸氫量衰減加劇,多次循環(huán)后的衰減量也更為顯著。
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG139.7
【圖文】：

邐５逡逑”（Ｈ邋ｙ邋”（ＬａＮ邋ｉ４邋２５邋Ａ＾ｏ．７５）逡逑圖１．１邋ＬａＮｉ４．２５Ａｌ0．７５不同溫度下的吸放l#Ｐ－Ｃ－Ｔ曲線［１１］逡逑ＺｒＶＦｅ是一種ＡＢ２型Ｌａｖｅｓ相儲氫合金，吸氫平衡壓力只有ｌ（Ｖ８ＭＰａ量級，不易逡逑在空氣中自燃，同時抗粉化性能也比ＬａＮｌ５系金屬優(yōu)異，是一種性能優(yōu)良的吸氫材料。逡逑意大利ＳＡＥＳ公司開發(fā)的牌號為Ｓｔ７３７吸氫材料的主要成分為Ｚｒ0．４６Ｖａ２６Ｆｅ0．２ｄｎ邋Ｚｒ逡逑（Ｖａ５Ｆｅ0．５）邋２，邋４００°Ｃ時能有效地將氚從l#與水（ｇ）的混合物中純化出來。Ｒｏｕｐｃｏｖｄ［１２］逡逑等人研宄發(fā)現(xiàn)，Ｓｔ７３７材料多次循環(huán)吸放氫后會生成難以脫氫的２１１１２和２：＾２：？３．６，造逡逑成吸氫容量下降；而且容易被微量雜質(zhì)氣體氧化生成Ｚｒ０２相（圖１．２）�？梢�，ＺｒＶＦｅ逡逑抗雜質(zhì)氣體毒化能力較弱，這阻礙了其在氚處理中的應(yīng)用。逡逑＞0０＜￣￣邋￣￣Ｘ１邐＞Ｔ￣Ｘ邋＞？＜＂＂＂＂逡逑＿邐＋邋＋邋＋－Ｈ－邋－Ｈｈ邋－Ｈ－邋－ＨＨ－邋ＨＩＭ邋ｌｉｔ邋＋邐＿逡逑０邐Ｏ邋Ｏ邐Ｏ邋

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二個平臺時是ＺｒＮｉＨ邋（ｐ相）與ＺｒＮｉＨ３（Ｙ相）兩相共存物。為了實現(xiàn)合金對氫的高效逡逑吸收，北京有色金屬研宄總院的羅敬軍［２１］通過向ＺｒＮｉ合金體系摻雜Ｃｏ、Ｔｉ、Ｆｅ等元逡逑素，顯著改善了材料的循環(huán)吸氫性能和高溫抗岐化性能（圖１．３）。由于Ｃｏ、Ｔｉ、Ｆｅ逡逑等元素對Ｎｉ的替代，ＺｒＮｉ合金的晶胞體積增大，氫原子可以占據(jù)的間隙變大，從而逡逑更容易向晶胞內(nèi)擴散，因此平衡壓變得更低，生成的氫化物更穩(wěn)定。其中，又以逡逑ＴｉｆｎＺｒｏ．ｇＮｉａｅＣｏｃＨ綜合性能最為優(yōu)異，其常溫吸氫平衡壓為０．０２４４Ｐａ，吸氫量可達逡逑１．９８ｗｔ．％。但是，無論ＺｒＮｉ還是ＴｉｏｊＺｒｏＮｉｏ．ｆｉＣｏ＾，其對雜質(zhì)氣體都比較敏感，在氧逡逑含量為１００（＾？１１１的１１２下被迅速毒化，難以繼續(xù)吸氫。合金Ｘ射線光電子能譜分析（ＸＰＳ）逡逑結(jié)果顯示：０２會與材料表面的Ｚｒ和Ｔｉ生成Ｚｒ０２、Ｔｉ０２等致密氧化膜，阻止繼續(xù)吸逡逑氫；而＞＾２對合金的吸氫量衰減影響不大，僅以物理吸附的方式降低了合金的吸氫速逡逑率。逡逑４逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2792075