学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Mm-Mg-Ni系A₂B₇型储氢材料的制备与吸氢动力学特性研究

作　者: 邓万鹏
导　师: 李小武
学　校: 东北大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: La-Mg-Ni系 A2B7型储氢合金微观组织相结构吸氢动力学退火温度冷却速率
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 5次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

以La-Mg-Ni系为代表的A2B7型储氢合金具有较高的储氢容量和良好的吸氢动力学性能,目前已成为储氢材料研究的热点之一。本文选取了(La, Ce)0.75Mg0.25Ni3.5、(La, Ce)0.7Mg0.3Ni3.5、(La, Ce)0.8Mg0.2Ni3.5、(La, Ce)0.75Mg0.25Ni3.3Co0.2和(La, Ce)0.75Mg0.25Ni3.0Co0.5合金作为研究材料,系统地研究了Mg、Co含量以及退火温度和凝固速度对这些合金微观组织、相结构和吸氢动力学性能的影响。得到以下主要结果：对于(La,Ce)1-xMgxNi3.5(x=0.2,0.25,0.3)合金,随着Mg含量的增加：Pr5Co19口MgCu4Sn型物相含量不断减少；CaCu5型物相含量先减少而后基本保持不变,但晶胞参数变化不大,说明Mg进入CaCu5型物相晶胞中的含量很少；总的(La,Mg)2Ni7合金物相含量不断增加,但Ce2Ni7和Gd2Co7型物相晶胞结构参数不断减小,而轴比呈现增大趋势,这是由于随着Mg含量的增加,CaCu5单元的约束作用也越来越明显。Mg含量的增加使Ce2Ni7型物相较Gd2Co7型物相更容易生成。Mg含量对合金的吸氢动力学性能影响较大：当Mg含量为0.25时,合金的动力学性能最差；当Mg含量为0.3时,在300℃和4.5MPa初始氢压下合金的动力学最大吸氢量为1.52wt.%。Co对(La,Ce)0.75Mg0.25Ni3.5-xCox(x=0,0.2,0.5)合金相结构和吸氢动力学性能的影响研究表明,随着Co含量增加,合金中各物相不变,但物相含量有所改变;而由于Co的原子半径大于Ni,合金中各物相晶胞体积增加。当Co含量为0.5时,在室温和5MPa氢压下合金的动力学最大吸氢量为2.47wt.%,且温度升高对合金的吸氢动力学性能有明显的抑制作用。向合金中添加少量的Co(x=0.2)对合金的动力学性能影响不大,当Co含量为0.5时,合金的动力学性能大大提高,这是由于Co的增加使得晶胞体积增大,从而增加了合金中氢化相的形核和氢的扩散速率。以(La,Ce)0.75Mg0.25Ni3.5合金为基础,研究了热处理温度对A2B7型储氢合金微观组织、相结构、吸氢动力学以及热力学性能的影响。当合金退火温度为850℃时,由于Mg含量烧损过多而导致合金的CaCu5型相含量增加。在Mg含量变化不大的情况下,随着退火温度的增加,Ce2Ni7和Gd2Co7型物相含量增加。在贫Mg的情况下,Ce2Ni7型物相稳定性较Gd2Co7型物相低。退火温度对合金的吸氢动力学有明显的影响,其中在850℃退火温度下合金的综合吸氢动力学性能最佳,850℃时(La,Ce)0.75Mg0.25Ni3.5退火合金通过PCT测试在25℃和50℃的最大吸氢量分别为1.478wt.%和1.449wt.%,且合金在吸放氢过程中有高、低两个平台区,分别对应LaNi5和La2Ni7相吸氢平台。随着温度的升高,合金的吸放氢平台压升高,吸放氢滞后效应减少。采用快速凝固方法制备了La,Ce)0.75Mg0.25Ni3.5合金,研究了冷却速率对合金相结构和动力学以及热力学性能的影响。随着冷却速率的增加,CaCu5和MgCu4Sn型结构物相含量逐渐增加。当冷却速度为40m/s,LaNi5相(CaCu5型结构)的含量为64.69wt.%,成为合金的主相。凝固速率对合金的吸氢动力学有明显的影响,其中在20m/s冷却速率下的合金的吸氢动力学性能最佳,主要原因可能是由于组织细化,使得氢在组织中快速扩散。但随着凝固速率的进一步增加(40m/s)使得合金中LaNi5相过多而使得吸氢动力学性能下降。当冷却速率为20m/s,合金在25℃和50℃的最大吸氢量分别为1.480wt.%和1.539wt.%。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-30
  1.1 引言  12
  1.2 储氢合金的基本性质  12-16
    1.2.1 储氢合金的热力学原理  13-14
    1.2.2 储氢合金的吸放氢动力学原理  14-16
    1.2.3 氢元素在储氢合金中的位置  16
  1.3 储氢合金的研究发展  16-19
    1.3.1 稀土系AB_5型储氢合金  16-17
    1.3.2 AB_2型Laves相合金  17-18
    1.3.3 AB型储氢合金  18
    1.3.4 A_2B型镁基储氢合金  18-19
    1.3.5 V基储氢合金  19
  1.4 元素替代对储氢合金性能的影响  19-22
    1.4.1 替代A侧元素的影响  20-21
    1.4.2 替代B侧元素的影响  21-22
  1.5 La-Mg-Ni系储氢合金制备与处理方法  22-23
  1.6 La-Mg-Ni系A_2B_7型储氢合金  23-28
    1.6.1 La-Ni相图  23-24
    1.6.2 A_2B_7型储氢合金的晶体结构特征  24-26
    1.6.3 A_2B_7型储氢合金的研究进展  26-28
  1.7 本课题的提出及研究内容  28-30
第2章实验材料和研究方法  30-34
  2.1 原料及合金成分设计  30
  2.2 合金的制备  30-31
    2.2.1 合金的熔炼  30-31
    2.2.2 合金的退火  31
    2.2.3 合金的快速凝固  31
  2.3 合金成分、组织和结构的测试分析  31-32
  2.4 合金的储氢性能测试  32-34
    2.4.1 PCT测试仪测量计算原理  32-33
    2.4.2 动力学性能测试  33
    2.4.3 PCT测试  33-34
第3章 Mg含量对(La,Ce)_(1-x)Mg_xNi_(3.5)合金结构及吸氢动力学性能的影响  34-48
  3.1 合金的成分测试  34-35
  3.2 合金的微观组织和相结构  35-40
  3.3 合金的晶体学结构  40-42
  3.4 合金吸氢动力学  42-46
    3.4.1 温度对合金吸氢动力学性能的影响  42-44
    3.4.2 压强对合金吸氢动力学性能的影响  44-45
    3.4.3 Mg含量对合金吸氢动力学性能的影响  45-46
  3.5 本章小结  46-48
第4章 Co含量对(La,Ce)_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.5-x)Co_x合金结构及吸氢动力学性能的影响  48-60
  4.1 合金的成分测试  48
  4.2 合金的微观组织和相结构  48-54
  4.3 合金吸氢动力学  54-57
    4.3.1 温度对合金吸氢动力学性能的影响  54-55
    4.3.2 压强对合金吸氢动力学性能的影响  55-56
    4.3.3 Co含量对合金吸氢动力学性能的影响  56-57
  4.4 本章小结  57-60
第5章退火温度对(La,Ce)_(0.75)Mg_(0.25)Ni(3.5)合金结构及储氢性能的影响  60-72
  5.1 合金的成分测试  60-61
  5.2 合金的微观组织和相结构  61-66
  5.3 合金吸氢动力学  66-69
    5.3.1 温度对合金吸氢动力学性能的影响  66-67
    5.3.2 压强对合金吸氢动力学性能的影响  67-68
    5.3.3 退火温度对合金吸氢动力学性能的影响  68-69
  5.4 (La,Ce)_(0.75_)Mg_(0.25)Ni_(3.5)退火合金的热力学性能  69-70
  5.5 本章小结  70-72
第6章凝固速率对(La,Ce)_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.5)合金结构及储氢性能的影响  72-82
  6.1 合金的成分测试  72
  6.2 合金的微观组织和相结构  72-76
  6.3 合金吸氢动力学  76-80
    6.3.1 温度对合金吸氢动力学性能的影响  76-77
    6.3.2 压强对合金吸氢动力学性能的影响  77-79
    6.3.3 凝固速率对合金吸氢动力学性能的影响  79-80
  6.4 (La,Ce)_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.5)快速凝固合金的热力学性能  80-81
  6.5 本章小结  81-82
第7章结论  82-84
参考文献  84-92
致谢  92

Mm-Mg-Ni系A2B7型储氢材料的制备与吸氢动力学特性研究

内容摘要

全文目录

相似论文

Mm-Mg-Ni系A₂B₇型储氢材料的制备与吸氢动力学特性研究