Mm-Mg-Ni系A(chǔ)2B7型儲(chǔ)氫材料的制備與吸氫動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、以La-Mg-Ni系為代表的A2B7型儲(chǔ)氫合金具有較高的儲(chǔ)氫容量和良好的吸氫動(dòng)力學(xué)性能，目前已成為儲(chǔ)氫材料研究的熱點(diǎn)之一。本文選取了(La,Ce)0.75Mg0.25Ni3.5、(La,Ce)0.7Mg0.3Ni3.5、(La,Ce)0.8Mg0.2Ni3.5、(La,Ce)0.75Mg0.25Ni3.3Co0.2和(La,Ce)0.75Mg0.25Ni3.0Co0.5合金作為研究材料，系統(tǒng)地研究了Mg、Co含量以及退火溫度和凝固速度對(duì)

2、這些合金微觀組織、相結(jié)構(gòu)和吸氫動(dòng)力學(xué)性能的影響。得到以下主要結(jié)果:
　　對(duì)于(La，Ce)1-xMgxNi3.5(x=0.2，0.25，0.3)合金，隨著Mg含量的增加:Pr5Co19和MgCu4Sn型物相含量不斷減少;CaCu5型物相含量先減少而后基本保持不變，但晶胞參數(shù)變化不大，說(shuō)明Mg進(jìn)入CaCu5型物相晶胞中的含量很少;總的(La,Mg)2Ni7合金物相含量不斷增加，但Ce2Ni7和Gd2Co7型物相晶胞結(jié)構(gòu)參數(shù)不斷減小，

3、而軸比呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，這是由于隨著Mg含量的增加，CaCu5單元的約束作用也越來(lái)越明顯。Mg含量的增加使Ce2Ni7型物相較Gd2Co7型物相更容易生成。Mg含量對(duì)合金的吸氫動(dòng)力學(xué)性能影響較大:當(dāng)Mg含量為0.25時(shí)，合金的動(dòng)力學(xué)性能最差;當(dāng)Mg含量為0.3時(shí)，在300℃和4.5MPa初始?xì)鋲合潞辖鸬膭?dòng)力學(xué)最大吸氫量為1.52wt.％。
　　Co對(duì)(La，Ce)0.75Mg0.25Ni3.5-xCox(x=0，0.2，0.5)合金相

4、結(jié)構(gòu)和吸氫動(dòng)力學(xué)性能的影響研究表明，隨著Co含量增加，合金中各物相不變，但物相含量有所改變;而由于Co的原子半徑大于Ni，合金中各物相晶胞體積增加。當(dāng)Co含量為0.5時(shí)，在室溫和5 MPa氫壓下合金的動(dòng)力學(xué)最大吸氫量為2.47wt.％，且溫度升高對(duì)合金的吸氫動(dòng)力學(xué)性能有明顯的抑制作用。向合金中添加少量的Co(x=0.2)對(duì)合金的動(dòng)力學(xué)性能影響不大，當(dāng)Co含量為0.5時(shí)，合金的動(dòng)力學(xué)性能大大提高，這是由于Co的增加使得晶胞體積增大，從而增

5、加了合金中氫化相的形核和氫的擴(kuò)散速率。
　　以(La，Ce)0.75Mg0.25Ni3.5合金為基礎(chǔ)，研究了熱處理溫度對(duì)A2B7型儲(chǔ)氫合金微觀組織、相結(jié)構(gòu)、吸氫動(dòng)力學(xué)以及熱力學(xué)性能的影響。當(dāng)合金退火溫度為850℃時(shí)，由于Mg含量燒損過(guò)多而導(dǎo)致合金的CaCu5型相含量增加。在Mg含量變化不大的情況下，隨著退火溫度的增加，Ce2Ni7和Gd2Co7型物相含量增加。在貧Mg的情況下，Ce2Ni7型物相穩(wěn)定性較Gd2Co7型物相低。退火溫

6、度對(duì)合金的吸氫動(dòng)力學(xué)有明顯的影響，其中在850℃退火溫度下合金的綜合吸氫動(dòng)力學(xué)性能最佳，850℃時(shí)(La，Ce)0.75Mg0.25Ni3.5退火合金通過(guò)PCT測(cè)試在25℃和50℃的最大吸氫量分別為1.478wt.％和1.449wt.％，且合金在吸放氫過(guò)程中有高、低兩個(gè)平臺(tái)區(qū)，分別對(duì)應(yīng)LaNi5和La2Ni7相吸氫平臺(tái)。隨著溫度的升高，合金的吸放氫平臺(tái)壓升高，吸放氫滯后效應(yīng)減少。
　　采用快速凝固方法制備了(La，Ce)0.75M

7、g0.25Ni3.5合金，研究了冷卻速率對(duì)合金相結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)以及熱力學(xué)性能的影響。隨著冷卻速率的增加，CaCu5和MgCu4Sn型結(jié)構(gòu)物相含量逐漸增加。當(dāng)冷卻速度為40m/s，LaNi5相（CaCu5型結(jié)構(gòu)）的含量為64.69wt.％，成為合金的主相。凝固速率對(duì)合金的吸氫動(dòng)力學(xué)有明顯的影響，其中在20m/s冷卻速率下的合金的吸氫動(dòng)力學(xué)性能最佳，主要原因可能是由于組織細(xì)化，使得氫在組織中快速擴(kuò)散。但隨著凝固速率的進(jìn)一步增加(40m/s)使