Ti-V基合金相結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)氫性能研究.pdf

1、Ti-V基合金在室溫條件下具有較高的儲(chǔ)氫容量(≥3 wt.％)而成為最有前景的儲(chǔ)氫材料。但因其活化性能差、氫氣滯留量高、V價(jià)格昂貴等原因,制約了其發(fā)展。本文選取體心立方(BCC)固溶體結(jié)構(gòu)的Ti-V-Cr合金為研究對(duì)象,利用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、差熱掃描(DSC)、程序升溫脫附法(TPD)等表征手段,研究了熱處理和元素取代對(duì)Ti-V-Cr合金相結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)氫性能和熱穩(wěn)定性的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　1.采用電弧

2、爐熔煉得到的V68Ti20Cr12合金,XRD分析表明鑄態(tài)和熱處理后的合金均為單一的BCC固溶體結(jié)構(gòu)。熱處理后合金活化性能明顯提高,且吸放氫動(dòng)力學(xué)得到改善。通過采用Kissinger方法擬合出鑄態(tài)和熱處理后V68Ti20Cr12合金氫化物的放氫激活能分別為150.57±10.79和141.26±9.94 kJ/mol。
　　2.對(duì)于V35Ti20Cr45合金,XRD表明鑄態(tài)合金為單一的BCC固溶體結(jié)構(gòu),熱處理后的V35Ti20Cr

3、45合金出現(xiàn)了C14 Laves第二相。熱處理后V35Ti20Cr45合金活化性能明顯提高,活化次數(shù)降低到3次可完全活化,且吸放氫速率明顯高于鑄態(tài)合金。通過Avrami-Erofeev方程擬合得出熱處理后合金吸氫機(jī)制由一維擴(kuò)散機(jī)制向三維擴(kuò)散機(jī)制轉(zhuǎn)化。鑄態(tài)和熱處理后V35Ti20Cr45合金氫化物生成焓分別為-23.36±0.83 kJ/mol和-22.86±1.66 kJ/mol,脫氫激活能分別為210.36±12.72和108.42±

4、1.99 kJ/mol。
　　3.對(duì)于鑄態(tài)Ti-V-Fe合金,XRD和SEM結(jié)果表明鑄態(tài)合金V60Ti30Fe10、V70Ti20Fe10、V80Ti10Fe10為單一的BCC固溶體結(jié)構(gòu),V75Ti10Fe15合金主相為BCC固溶體結(jié)構(gòu)并伴有第二相Laves相存在。吸放氫動(dòng)力學(xué)曲線表明:373 K時(shí),單一BCC固溶體結(jié)構(gòu)的V80Ti10Fe10吸氫迅速且吸氫量較高,吸氫量可達(dá)2.0 wt.%;423 K時(shí),伴有第二相Laves相存

5、在的V75Ti10Fe15合金的放氫量高于單一BCC相的V80Ti10Fe10的放氫量,Laves第二相的存在有助于合金的放氫性能改善。
　　4.對(duì)于V40Ti20Cr32Fe8和V50Ti20Cr20Fe10合金, XRD分析表明:熱處理后第二相Laves相含量增加。熱處理后合金活化性能明顯提高,且吸放氫速率明顯高于鑄態(tài)合金。DSC曲線表明合金放氫階段有兩個(gè),分別對(duì)應(yīng)了VH2.01向畸變的固溶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變以及畸變的BCC結(jié)構(gòu)向原始