Ti-V-Mn/Ti-Cr-V储氢合金及混合储氢容器的研究

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本文首先全面综述了国内外体心立方固溶体储氢合金的研究进展,并且对于高压储氢以及混合储氢容器进行了深入的探讨。在此基础上,首先选择具有高储氢容量的Ti-V-Mn系合金为对象,通过对其微结构分析以及储氢特性研究等手段,系统研究了合金成分对Ti-V-Mn储氢合金的微结构和储氢性能的影响,并通过机械球磨、与AB5型储氢合金的复合等手段进一步提高合金的综合性能。其次,通过高压储氢容器的特点,对高平台压力的Ti-Cr系合金采用添加V元素来提高合金的储氢能力,调整合金的平台压力,并且结合文献报道的储氢容器的模型,研究了储氢合金的填充量对系统的体积和质量储氢密度的影响,并优化出最佳填充量。以此合金组成的混合储氢容器在40MPa的工作压力下,储氢合金吸放氢过程无需与外界进行热交换。 对TiVxMn2-x(x=0.6~1.6)合金的研究表明:当V含量x=0.6~1.0时,合金由体心立方结构和拉维斯C14相组成,随着V含量的增加,拉维斯相不断减少,拉维斯相的形态由网状分布逐渐减少到晶界处的针状形貌。当x=1.2时,合金的结构基本为b.c.c单相。储氢性能的研究结果表明,V的添加可以有效提高合金的储氢量,x=1.6时合金的最大吸氢量达到了398ml/g。但是V含量的增加也导致了动力学性能变差,滞后效应增大。 在上述研究的基础上,本文选择储氢综合性能较好的TiV1.4Mn0.6合金作为研究对象,对其进行球磨及复合处理,以提高它的活化和动力学性能。储氢合金经过球磨处理0.5h后,合金粉末产生大量的非氧化界面以及缺陷,增加了界面能,从而促进H2分子的化学吸附加速其分解为H原子,同时增加了氢化物形核位置,也为氢的扩散提供通道,从而导致合金活化性能明显改善。但随着球磨时间的延长,X射线衍射峰宽化,强度不断降低,合金趋向于非晶化。由于b.c.c相结构的改变和合金出现不吸氢的α-Ti相,导致了合金的储氢容量急剧降低。添加Ml0.2Ca0.8Ni5合金进行短时间复合球磨,由于脆性的Ml0.2Ca0.8Ni5合金粒子的存在,球磨复合使得粉末的粒度急剧降低,相对单相球磨产生了更多的新鲜界面,并且两种合金相互粘结,Ml0.2Ca0.8Ni5合金将其表面分解吸附的氢原子通过新界面扩散到Ti-V-Mn合金颗粒内部。从而改善了Ti-V-Mn合金的活化和动力学性能。
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