论文部分内容阅读
本文通过高温烧结和机械合金化相结合的方法制备出Mg55-xAl10Ti15+x (x=0,5,10,15)、Mg55Al10Ti15-xVx(x=2,4,6,8)和Mg55Al10Ti11TM4(TM=Zr, V, Cr,Ni)合金,并对其相结构、储氢性能及热力学性能进行了研究和分析。第一,制备M955-xAl10Ti15+x合金并分析其储氢性能。在氩气保护下,经过高温烧结和机械球磨制备(x=0,5,10,15)合金。实验发现,球磨160小时后,样品中不仅出现了Al3.16Mg1.84相,还出现了FCC结构的固溶体；添加A1和Ti后,虽然合金的最大吸氢量有所降低,但动力学和热力学性能得到了较大改善；球磨160小时后,Mg55Al10Ti15的吸氢量达到1.6wt.%,可见其具备较好的储氢性能。第二,用过渡金属元素V改善Mg55Al10Ti15合金的储氢性能。合金的储氢性能通常可以通过元素替代、掺杂或者添加催化剂等方法进行改善,本次实验采用元素替代法。实验使用过渡金属元素V按照一定比例替代Ti制备Mg55Al10Ti15-xVx (x=2,4,6,8)合金。观察样品的XRD衍射图谱发现,球磨160h后,样品中出现了Al3.16Mg1.84相、Al18Ti2Mg3相和FCC结构固溶体,四个样品中均未发现V的合金相；随着球磨时间的增加,样品Mg55Al10Ti11V4的吸氢量变大,其原因可能在于：(1)高温烧结后的单质Mg、Al随着球磨时间的增加而消失,并出现Al3.16Mg1.84合金相和FCC结构固溶体；(2)随着球磨时间的增加,V固溶到合金中,导致样品吸氢量增加。球磨160h后,样品Mg55Al10Ti11V4的吸氢量达到了3.9wt.%,在250℃和25atm的氢气环境下经过100秒,吸氢量达到了2.0wt.%,说明样品具有较好的储氢性能和动力学性能。可知,用一定比例的V替代Ti不仅改善了Mg5sAl10Ti15系合金的储氢性能,而且也改善了其动力学性能。第三,分别对多种过渡金属元素替代Ti制备Mg55Al10Ti15进行性能改善测试。实验用过渡金属元素Zr、V、Cr、Ni等分别以固定比例替代Ti,制备Mg55Al10Ti11TM4(TM=Zr, V, Cr, Ni)合金,以尝试改善Mg55Al10Ti15系合金储氢性能。实验显示,球磨160h后,样品中均出现了Al3.16Mg1.84相、MgH2相和FCC结构固溶体,而Al1.1Ni0.9合金相仅出现在样品Mg55Al10Ti11Ni4中；球磨80h后,样品Mg55Al10Ti11V4的吸氢量达到了4.4wt.%,说明该样品具有较好的储氢性能；球磨80h后,样品Mg55Al10Ti11Ni4在250℃和25atm的氢气环境下经过80秒,吸氢量达到了2.0wt.%,说明该样品具有较好的动力学性能；对球磨80h的样品进行DSC测试,得到样品的吸热峰,根据Kissinger方程计算发现,样品Mg55Al10Ti11Ni4的脱氢激活能为49.97kJ/mol,比其他三个样品低了一半,说明Ni以固定比例替代Ti比其他三种元素更能有效降低Mg55Al10Ti15系储氢合金的脱氢激活能。