轻质及含镁高熵合金的微观组织及储氢性能研究

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Mg具有单位储氢量大,价格便宜等优点,但是其吸放氢条件苛刻且动力学较差,目前对其镁基储氢合金的改善均有其不足之处。合金化是改善合金储氢性能的重要方法,为了获得储氢性能好的合金,本文采用高熵合金设计理念,用高能球磨制备了含镁高熵合金,用真空熔炼制备含轻质稀土元素Sc的AB2型Laves相储氢合金。采用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、吸放氢以及电化学性能测试对所制样品组织结构、储氢及电化学性能进行了研究。研究得到以下主要结果:用高能振动球磨制备Mg35Ti65并添加10wt%AB5,得到Mg35Ti65+10wt%AB5复合材料为BCC固溶体相加LaNi5相,改性剂AB5对Mg35Ti65储氢量及吸氢动力学均有明显改善,改性时间为0.5h时在100s内达到最大吸氢量3wt%;对轻质储氢合金Mg进行Ti元素部分替代和添加改性剂,虽然在一定程度上对Mg的储氢动力学性能有所改善,但是其吸氢条件依然苛刻(高温高压)。含镁高熵合金MgTiVNiM(M=Mn、Al、Cu、Fe、Co、Cr)形成BCC固溶体相,在H2压力为6Mpa,温度为573K时吸氢量分别为0.570wt%(M=Co).0.753wt%(M=Cr).1.008wt%(M=Cu).1.113wt%(M=Fe);含镁高熵合金MgTiV2NiMo.2(M=Cr. Cu、Fe、Co、Mn、Ni)形成BCC固溶体相,最大吸氢量分别为0.319wt%(M=Mn).0.728wt%(M=Fe)、1.042wt%(M=Ni)、1.135wt%(M:Cr)、1.198wt%(M=Cu)、1.536wt%(M=Al);在含镁高熵合金中,随球磨时间增加,各元素逐渐固溶,各元素的固溶顺序为:Ni-Ti-Cr-V-Mg。Zrl-xScxMn0.6V0.2Ni1.2Co0.1(x=0~1)合金铸态组织主要由FCC型C15相、CsCl型(ScZr)Ni相和少量Ni10Zr7相组成。随Sc含量增加,(ScZr)Ni相逐渐增加,当x≥0.2时,Ni10Zr7相基本消失;随Sc含量增加,合金吸氢的速率变缓,吸氢容量逐渐增大;Sc元素对合金吸氢PCT曲线平衡氢压的影响规律不明显,随Sc含量增加,298K时其平衡氢压变化范围在0.052-0.086MPa,但氢化物的形成焓明显减小。合金最大放电容量呈先减小后增大的趋势,当x=1时其放电容量达到最大值429.8mAh/g,但电极容量的保持率S100随Sc含量增加而快速下降。
摘要第7-8页
Abstract第8-9页
第1章 绪论第10-24页
    1.1 引言第10-11页
    1.2 储氢合金的理论基础第11-14页
        1.2.1 储氢合金的热力学原理第12-13页
        1.2.2 储氢合金的吸氢反应机理第13页
        1.2.3 储氢合金中氢的位置第13-14页
    1.3 储氢合金的研究现状第14-16页
    1.4 镁基储氢合金的研究现状第16-18页
    1.5 高熵合金第18-22页
        1.5.1 高熵合金的基本概念和特点第18页
        1.5.2 高熵合金的热力学性质第18-19页
        1.5.3 高熵合金的微观组织结构第19-20页
        1.5.4 高熵合金的制备方法第20页
        1.5.5 高熵合金的研究现状第20-21页
        1.5.6 高熵合金的储氢研究第21-22页
    1.6 轻质储氢合金Sc的研究现状第22页
    1.7 本文的研究思路及主要研究内容第22-24页
第2章 实验方法第24-30页
    2.1 储氢合金的成分设计及其制备第24-25页
        2.1.1 合金的成分设计第24页
        2.1.2 合金的制备第24-25页
    2.2 合金的微观组织结构和形貌的分析第25页
        2.2.1 合金的XRD物相分析第25页
        2.2.2 合金的微观形貌及成分分析第25页
    2.3 储氢合金的氢化性能测试第25-28页
        2.3.1 P-C-T曲线测试第26-27页
        2.3.2 气态吸放氢循环的测试第27-28页
    2.4 合金电化学性能的测试第28-30页
        2.4.1 储氢合金电极的制备第28页
        2.4.2 电化学测试装置第28页
        2.4.3 电化学性能测试方法第28-30页
第3章 Mg_(35)Ti_(65)+10(wt%)AB_5复合材料的微观组织及储氢性能第30-34页
    3.1 Mg_(35)Ti_(65)+10wt%AB_5复合材料的相组织分析第31-32页
    3.2 Mg_(35)Ti_(65)+10wt%AB_5复合材料的的储氢性能研究第32-33页
    3.3 本章小结第33-34页
第4章 高能球磨制备含镁高熵合金的组织演化规律和储氢性能研究第34-44页
    4.1 主组元数对含镁合金微观组织的影响第35-36页
    4.2 含镁高熵合金MgTiVNiM(M=Mn、Cu、Fe、Co、Al、Cr)的组织结构及储氢性能第36-38页
        4.2.1 球磨产物的微观组织第36-37页
        4.2.2 球磨产物的储氢性能第37-38页
    4.3 含镁高熵合金MgTiV_2NiM_(0.2)(M=Cr、Co、Ni、Mn、Fe、Al)的组织结构及储氢性能研究第38-40页
        4.3.1 球磨产物的微观组织第38-39页
        4.3.2 球磨产物的储氢性能第39-40页
    4.4 球磨时间对MgTiV_2NiCr_(0.2)组织结构和储氢性能的影响第40-43页
        4.4.1 球磨时间对MgTiV_2NiCr_(0.2)组织结构的影响第40-42页
        4.4.2 球磨时间对MgTiV_2NiCr_(0.2)储氢性能的影响第42-43页
    4.5 本章小结第43-44页
第5章 AB_2型储氢合金Zr_(1-x)Sc_xMn_(0.6)V_(0.2)Ni_(1.2)Co_(0.1)(x=0~1)的储氢及电化学性能第44-52页
    5.1 合金的组织结构第44-47页
    5.2 合金的储氢性能第47-49页
    5.3 合金的电化学性能第49-50页
    5.4 本章小结第50-52页
总结第52-54页
参考文献第54-60页
致谢第60-61页
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录第61页
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