【摘 要】
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在国际热核实验反应堆（ITER）和氢同位素储存与供给系统（SDS）中,ZrCo被作为取代铀（U）用作氢同位素储存、运输、供给的候选材料。它具有无辐射、不自燃、室温吸氢平台压力低、储氢容量高以及固He能力强等优点。但ZrCo自身也存在不足,元素掺杂是目前改善ZrCo合金动力学、循环稳定性以及抗歧化性能的主要途径。针对上述需要改善的问题,本论文采用真空电弧熔炼法制备了V、Ti、Hf和Cr掺杂的ZrCo
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在国际热核实验反应堆（ITER）和氢同位素储存与供给系统（SDS）中,ZrCo被作为取代铀（U）用作氢同位素储存、运输、供给的候选材料。它具有无辐射、不自燃、室温吸氢平台压力低、储氢容量高以及固He能力强等优点。但ZrCo自身也存在不足,元素掺杂是目前改善ZrCo合金动力学、循环稳定性以及抗歧化性能的主要途径。针对上述需要改善的问题,本论文采用真空电弧熔炼法制备了V、Ti、Hf和Cr掺杂的ZrCo基储氢合金,采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDX）、差示扫描量热仪（DSC）、透射电子显微镜（TEM）和Sievert型储氢材料测试系统对ZrCo基储氢合金进行表征,研究上述元素对ZrCo基储氢合金的微观结构、吸/放氢动力学、热力学、循环稳定性和抗歧化性能的影响。并对其作用机理进行了分析和探究,相关研究结果可以为ZrCo基合金的发展提供理论支撑和思路引导,主要研究结果如下:1.Zr50-xVxCo50（x=2.5,3.5,5.0）合金由CsCl型立方相ZrCo和脆性Zr V0.24Co1.76组成,随着V含量的增加晶格常数和晶胞体积减小。V掺杂有效的提高了ZrCo合金的初始活化性能。由于产生了具有催化作用的第二相Zr V0.24Co1.76,合金的孕育期和活化时间均大幅减小。此外,掺V使ZrCo合金吸氢平台压升高,吸氢形成焓（35）H降低,有效的提高了ZrCo合金的氢化性能,降低了ZrCo基储氢合金的脱氢活化能。并且掺V后ZrCo合金的循环稳定性和抗歧化性能得到改善。2.Zr0.8Ti0.2CrxCo1-x（x=0,0.05,0.1,0.15）样品由ZrCo和两种laves相（Co Zr2和Ti Cr2相）组成,随着Cr含量的增加Zr0.8Ti0.2Co合金的晶格常数和晶胞体积增大。而且Cr掺杂产生了具有强烈催化H2转化为H的Ti Cr2相,因此合金的活化性能得到提升,吸/放氢时间被缩短,脱氢活化能降低。由于Cr的加入增加了合金氢化物中的氢残留量,因此脱氢容量降低。此外,掺Cr对Zr0.8Ti0.2Co合金的抗歧化性能影响不大。3.Zr0.8HfxTi0.2-xCo（x=0,0.05,0.1,0.15）合金由ZrCo和Hf Co相组成。随着Hf含量的增加,合金的晶格常数和晶胞体积增大。Hf掺杂具有协调氢扩散作用,加速氢分子分解成氢原子,初始活化动力学明显提升,脱氢时间缩短,脱氢活化能降低。在保持Zr0.8Ti0.2Co合金本身抗歧化性能的基础上,掺Hf样品的循环稳定性增强。
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