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La（NiMnM）_（5+x）、Ti-Mo和Ti（Zr）/Mn_2基Laves相系列储氢合金的结构与性能研究

作　者: 孙凯
导　师: 勾成；陈东风
学　校: 中国原子能科学研究院
专　业: 粒子物理与原子核物理
关键词: 储氢合金 储氢性能 中子衍射 晶体结构 过化学计量 固溶合金 Laves相
分类号: TG139.7
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


本论文通过对非化学计量La（NiMMn）5+x（M=Ni,Cu,Al,Fe,Sn）储氢合金、TiMo固溶合金和Ti（Zr）/Mn基Laves相及其氢（氘）化物的中子衍射研究,同时结合x射线衍射测量,确定了氢（氘）化物的晶体结构及氢（氘）的占位特征,分析了组份变化及氘化物相变过程对氘占位特征的影响,揭示了结构与性能之间的相互关系,弥补了我国在储氢材料结构研究方面的欠缺。同时根据研究工作的需要,自行研制了高真空吸放氢装置、可调温控炉以及对中子衍射零基底样品室,并在国内首次提出和应用了中子衍射零基底方法对氘化物的微观结构进行研究。 在对过化学计量储氢合金La（NiMMn）5+x（M=Ni,Cu,Al,Fe,Sn）的研究中发现:不同替代元素所形成的储氢合金晶体结构均为CaCu5型结构,空间群P6/mmm。与正化学计量AB5型储氢合金A原子占1a位,B原子占2c和3g有所不同,过化学计量的AB5+x储氢合金中部分A原子被一对沿c轴定向排列的B-B“哑铃”对替代形成2e位,致使2c位的B原子向2e收缩,进而部分占据61位,随过化学计量程度的增加,B原子在2e、61晶位的占位数逐渐增加,而在2c位的占位数逐渐减少,自始至终,3g位的B原子都是满占位。由于“哑铃”对的形成,使得过化学计量合金出现a轴减小,c轴增大的奇异现象,两者共同作用的结果是晶胞体积减小。不同制备工艺对过化学计量合金的结构也有较明显的影响,主要表现是位于基面（Basal Plane）的2c、2e和61晶位B原子占有率差别较大。退火能够减小a轴,增大c轴,最终使得快淬合金和铸态合金的最大储氢量增加,滞后系数减小。不同替代元素都能够不同程度地减小滞后系数,降低吸氢平台压力,但对合金电极活化性能、最大放电容量以及充放电循环稳定性的影响却有所不同。 Ti-xat%Mo（x=5,10,15,20,25,33,40）固溶体型储氢（氘）合金中,当Mo含量较低时,合金由α和β两相组成,Mo含量≥10at%后,合金均为β单相,且β相的晶格常数随Mo含量的增加而降低,近似呈线性关系。饱和状态下的氘原子在TiMo氘化物中呈有序排列,致使氘化物的对称性发生变化,空间群由Fm（?）m转变为P（?）3m,氘原子占据1a、1b、3c和3d位。用中子衍射零基底法对Ti-33at%Mo氘化物研究后发

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-28
  1.1 氢能源和储氢材料  11-12
  1.2 储氢金属(合金)  12-19
    1.2.1 储氢合金氢化过程及其应具备的基本特征  12-15
    1.2.2 储氢合金氢化过程的热力学和动力学原理  15-17
    1.2.3 氢在储氢合金中的位置  17-18
    1.2.4 储氢合金的分类  18-19
  1.3 本论文所涉及储氢合金的国内外研究现状、选题依据及研究内容  19-25
    1.3.1 国内外研究现状  20-22
    1.3.2 选题依据和研究内容  22-24
    1.3.3 本研究课题的难点和解决方案  24
    1.3.4 本研究课题的创新点  24-25
  参考文献  25-28
第二章 实验与方法  28-47
  2.1 合金样品的制备  28-29
    2.1.1 合金样品熔炼  28-29
    2.1.2 合金样品的退火处理  29
  2.2 合金样品的氢(氘)化  29-32
  2.3 PCT曲线测试  32-33
  2.4 样品的结构测定与分析  33-38
    2.4.1 X射线和中子衍射测量及其优缺点  33-35
    2.4.2 Rietveld全谱拟合分析  35-38
  2.5 中子衍射零基底法  38-40
  2.6 设备及方法改进  40-45
    2.6.1 样品室和温控炉的研制改进  40-43
    2.6.2 吸氢(氘)量的测量与计算  43-45
  参考文献  45-47
第三章 La(NiMMn)_(5+x)(M=Ni，Cu，Al，Fe，Sn)过化学计量储氢合金的结构和性能研究  47-80
  3.1 背景介绍  47-49
  3.2 实验  49-55
  3.3 结构测定  55-70
    3.3.1 过化学计量合金AB_(5+x)的晶体结构  55-58
    3.3.2 过化学计量程度对结构的影响  58-62
    3.3.3 不同替代元素对晶体结构的影响  62-68
    3.3.4 不同处理工艺对晶体结构的影响  68-70
  3.4 性能测试  70-76
    3.4.1 不同热处理工艺对合金储氢性能的影响  70-72
    3.4.2 不同替代元素对储氢性能及电化学性能的影响  72-76
  3.5 本章小结  76-78
  参考文献  78-80
第四章 Ti-xat％Mo(x=5，10，15，20，25，33，40)固溶体型储氢(氘)合金的结构研究  80-102
  4.1 背景介绍  80-82
  4.2 实验  82-83
  4.3 合金结构分析  83-86
  4.4 氘(氢)化物结构分析  86-96
  4.5 中子衍射零基底法对Ti-33at％Mo氘化物微结构的研究  96-99
    4.5.1 氘原子的有序化排列  96-98
    4.5.2 加入氘原子引起的微应变分析  98-99
  4.6 本章小结  99-100
  参考文献  100-102
第五章 Ti(Zr)／Mn基AB_2型Laves相储氢合金的结构和性能研究  102-120
  5.1 背景介绍  102-104
  5.2 实验  104-105
  5.3 结构分析  105-113
    5.3.1 合金结构分析  105-107
    5.3.2 氘化物结构分析  107-113
  5.4 储氢性能分析  113-116
    5.4.1 Ti／Zr比变化对合金储氢性能的影响  115
    5.4.2 Mn／Cr比变化对合金储氢性能的影响  115-116
  5.5 本章小结  116-118
  参考文献  118-120
第六章 总结  120-124
攻读博士期间发表和完成的论文及报告  124-126
致谢  126

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 其他特种性质合金 > 储氢合金
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