论文部分内容阅读
具有实用价值的多组元储氢合金是氢能源材料研究的热点,而成分设计是开发新型多元储氢合金材料的关键。我们从材料的局域团簇结构角度,分析了几种典型储氢合会的相结构,发现这些合会相均可用局域团簇结构描述,其成分可以用团簇线判据(又称“团簇+连接原子”结构模型)加以诠释,为储氢合金的成分设计提供了新的参考方法。在三元体系中团簇线为连接两元团簇与第三组元的成分直线,其中第三组元即是连接原子。对AB5,AB2和Laves相相关的BCC固溶体储氢合金中氢原子占位的分析,发现氢原子可以大量的占据八面体和四面体间隙位,氢原子在不同间隙位置的稳定性主要与生成焓和几何畸变两方面相关,并最终影响了不同体系储氢合会的吸放氢性能。二十面体准晶合金中存在大量的四面体间隙,为氢的存储提供了位置,可使准晶具有大的储氢能力。本工作选取三元Ti-Zr-Ni为基础体系,利用团簇线判据设计合金成分,由两条团簇线Zr8Ni3-Ti和Ti9Ni4-Zr的交点确定三元Ti38Zr45Ni17准晶成分；然后添加V对基础成分进行合金化,从而获得一系列合金成分。利用铜模吸铸快冷工艺制备直径为3 mm的合金棒。吸放氢测试结果表明Ti38Zr45Ni17准晶在303 K首次吸氢量为0.9 wt.%,在573 K时合金首次吸氢量可达2.38wt.%,合金吸氢过程快速完成,并放出大量的热,可将吸氢前的粉末样品烧结成块体。吸氢后准晶结构消失,完全转化为氢化物结构。添加5-30 at.%的V进行合金化时可提高合金在573 K下的首次吸氢量,最大为2.96wt.%；具有BCC固溶体结构的(Ti0.38Zr0.45Ni0.17)40V60合金在室温下首次吸氢量为3.2 wt.%。由于准晶及其V合金化的合金在吸放氢之后均形成了稳定的氢化物,导致其放氢非常困难。团簇线在固溶体合金中的应用是选取Zr-Mo-Nb合金体系。利用团簇线方法设计了(Mo7Zr6)100-xNbx(x=2.5,5,7.1,10,30,40,50 at.%)系列合金成分,其中Mo7Zr6二十面体团簇,源自ZrMo2 Laves相。利用铜模吸铸快冷工艺制备了合金锭(ingot)和合金棒(rod)。XRD结果表明当x=30、40、50(rod)at.%时,合会为单一BCC固溶体；x=30,40 at.%(ingot)时,合金结构主要为BCC；当x<=10 at.%时,合金结构主要是ZrMo2 Laves相。结构的变化导致吸放氢性能也随之变化,随着Nb含量的升高,最大吸氢量随之增加。提高吸放氢温度,平台性稍微得到改善,但最大储氢量下降。与典型Ti-Cr-V体系相比,Zr-Mo-Nb合金的吸放氢平台性较差,但吸氢量(H／M)相差不大。