Ti-V-Mn-Ti-Cr-V儲(chǔ)氫合金及混合儲(chǔ)氫容器的研究.pdf

1、本文首先全面綜述了國(guó)內(nèi)外體心立方固溶體儲(chǔ)氫合金的研究進(jìn)展，并且對(duì)于高壓儲(chǔ)氫以及混合儲(chǔ)氫容器進(jìn)行了深入的探討。在此基礎(chǔ)上，首先選擇具有高儲(chǔ)氫容量的Ti-V-Mn系合金為對(duì)象，通過(guò)對(duì)其微結(jié)構(gòu)分析以及儲(chǔ)氫特性研究等手段，系統(tǒng)研究了合金成分對(duì)Ti-V-Mn儲(chǔ)氫合金的微結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能的影響，并通過(guò)機(jī)械球磨、與AB5型儲(chǔ)氫合金的復(fù)合等手段進(jìn)一步提高合金的綜合性能。其次，通過(guò)高壓儲(chǔ)氫容器的特點(diǎn)，對(duì)高平臺(tái)壓力的Ti-Cr系合金采用添加V元素來(lái)提高合金的

2、儲(chǔ)氫能力，調(diào)整合金的平臺(tái)壓力，并且結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道的儲(chǔ)氫容器的模型，研究了儲(chǔ)氫合金的填充量對(duì)系統(tǒng)的體積和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度的影響，并優(yōu)化出最佳填充量。以此合金組成的混合儲(chǔ)氫容器在40MPa的工作壓力下，儲(chǔ)氫合金吸放氫過(guò)程無(wú)需與外界進(jìn)行熱交換。 對(duì)TiVxMn2-x(x=0.6～1.6)合金的研究表明：當(dāng)V含量x=0.6～1.0時(shí)，合金由體心立方結(jié)構(gòu)和拉維斯C14相組成，隨著V含量的增加，拉維斯相不斷減少，拉維斯相的形態(tài)由網(wǎng)狀分布逐漸減少到

3、晶界處的針狀形貌。當(dāng)x=1.2時(shí)，合金的結(jié)構(gòu)基本為b.c.c單相。儲(chǔ)氫性能的研究結(jié)果表明，V的添加可以有效提高合金的儲(chǔ)氫量，x=1.6時(shí)合金的最大吸氫量達(dá)到了398ml/g。但是V含量的增加也導(dǎo)致了動(dòng)力學(xué)性能變差，滯后效應(yīng)增大。 在上述研究的基礎(chǔ)上，本文選擇儲(chǔ)氫綜合性能較好的TiV14Mn0.6合金作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行球磨及復(fù)合處理，以提高它的活化和動(dòng)力學(xué)性能。儲(chǔ)氫合金經(jīng)過(guò)球磨處理0.5h后，合金粉末產(chǎn)生大量的非氧化界面以及缺

4、陷，增加了界面能，從而促進(jìn)H2分子的化學(xué)吸附加速其分解為H原子，同時(shí)增加了氫化物形核位置，也為氫的擴(kuò)散提供通道，從而導(dǎo)致合金活化性能明顯改善。但隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，X射線衍射峰寬化，強(qiáng)度不斷降低，合金趨向于非晶化。由于b.c.c相結(jié)構(gòu)的改變和合金出現(xiàn)不吸氫的α-Ti相，導(dǎo)致了合金的儲(chǔ)氫容量急劇降低。添加Ml0.2Ca0.8Ni5合金進(jìn)行短時(shí)間復(fù)合球磨，由于脆性的Ml0.2Ca0.8Ni5合金粒子的存在，球磨復(fù)合使得粉末的粒度急劇降低，相

5、對(duì)單相球磨產(chǎn)生了更多的新鮮界面，并且兩種合金相互粘結(jié)，Ml0.2Ca0.8Ni5合金將其表面分解吸附的氫原子通過(guò)新界面擴(kuò)散到Ti-V-Mn合金顆粒內(nèi)部。從而改善了Ti-V-Mn合金的活化和動(dòng)力學(xué)性能。 對(duì)于TiCr2-xVx(x=0.2～0.5)系列合金，隨V含量的增加，儲(chǔ)氫量增大，吸放氫平臺(tái)壓力降低，滯后效應(yīng)和P-C-T平臺(tái)斜率也隨之增大。選擇有效儲(chǔ)氫量為1.75wt.％的TiCr1.7V0.3合金作為混合儲(chǔ)氫容器的儲(chǔ)氫合金，