Mg-Ni-La合金相结构及储氢性能研究

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本文重点研究Mg-Ni-La体系合金相结构与储氢性能,从富镁Mg70(Ni0.75La0.25)30合金和AB3.5型La0.7Mg0.3Co0.4Mn0.2Ni2.9-xAlx(x=0,0.1,0.2)合金着手,深入探讨快淬对Mg70(Ni0.75La0.25)30合金相结构与储氢性能的影响,以及Al添加对La0.7Mg0.3Co0.4Mn0.2Ni2.9-xAlx(x=0,0.1,0.2)合金的影响作用。  对Mg70(Ni0.75La0.25)30合金而言,XRD衍射谱及SEM图显示,熔炼态合金包含LaMg3、Mg2Ni和 La2Mg17三相,而快淬得到细棒合金主要包含Mg2Ni和La2Mg17两相,即LaMg3相消失,且晶粒得到了细化;薄带合金在2?角30°~45°之间出现宽化的包络状非晶态特征。吸放氢动力学曲线经不同的反应机理拟合发现,合金在573K下的初始吸氢过程遵循三维界面扩散控制过程的形核与生长机理,且速率相当缓慢。但第三次吸氢速率明显加快,意示与初始吸氢不同的机理—化学反应机理。放氢过程则呈现“几何收缩模型”,且快淬合金放氢速率增大。P-C-T曲线中,熔炼态和甩带态合金均存在两个明显的吸氢平台,由结构分析可以确定前者P-C-T曲线中低而宽的平台对应LaMg3相的氢化过程,另一个平台则对应(Mg2Ni,La2Mg17)相的氢化过程;由氢化粉末XRD确定后者两个平台依次对应La4H12.19和Mg2NiH4。采用Kissinger方法得到的放氢激活能分别为:熔炼态128.60±13.79和112.89±9.94 kJ/mol;浇铸态61.09±6.28 kJ/mol,几乎两倍低于熔炼态合金,说明快淬显著提高放氢能力。  对La0.7Mg0.3Co0.4Mn0.2Ni2.9-xAlx(x=0,0.1,0.2)合金而言,合金结构包含两相,以CaCu5结构相为主,第二相很少。Al添加后晶胞体积增大,XRD衍射峰在2?角42°、44°和68°附近均出现了一个较强的衍射峰,而33°附近衍射峰强度逐渐减弱。不同于Mg70(Ni0.75La0.25)30合金,它能同时较好地吻合Avrami-Erofeev方程和自催化反应机理,似乎表明合金氢化物的形核长大过程同时进行自催化反应。Al的加入减小了P-C-T曲线吸放氢平台的倾斜程度,并将平台提高至接近于常压,以x=0.2较为明显。合金氢化形成焓在-30 kJ/mol H2左右,添加Al后略有增大,或许因此减缓了合金在碱液中的腐蚀而延长电极循环寿命。
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