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磁热处理对La_（0.67）Mg_（0.33）Ni_（2.5）M_（0.5）（M=Co，Cu）贮氢合金气固相反应的影响

作　者: 刘素霞
导　师: 任雁秋；张捷宇；李谦
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 热能工程
关键词: La-Mg-Ni贮氢合金 元素取代 磁热处理 热力学性能 动力学性能
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着天然能源的日益枯竭以及人类对环保意识的加强,开发清洁新能源已迫在眉睫。氢能作为一种清洁的二次能源引起人们的广泛关注。人们通过研究贮氢材料有效的解决了氢的储存和运输问题。本文以AB3型La0.67Mg0.33Ni2.5M0.5(M=Co,Cu)贮氢合金作为研究对象,用铁磁性元素Co及抗磁性元素Cu分别部分取代磁性元素Ni。首先通过真空感应熔炼法制备La0.67Mg0.33Ni3.0,La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5及La0.67Mg0.33Ni2.5Cu0.5合金,然后对它们分别进行了常规热处理和磁热处理,采用了PCT、DSC和动力学测试手段,比较系统地研究了元素替代及热处理对合金热力学和动力学性能的影响;优化了合金的磁热处理工艺;并用Chou模型研究了La0.67Mg0.33Ni2.5M0.5(M=Co,Cu)合金的吸放氢反应动力学机理。研究发现,合金相组成为LaNi5、(La,Mg)2Ni7及少量的(La,Mg)Ni3。铸态合金中的Ni元素被Co和Cu部分替代后,铸态合金的吸氢量增大;放氢温度条件降低;吸放氢tc减小,其中Co元素的取代效果最好。说明元素取代有利于改善合金的热力学和动力学性能。铸态合金经热处理后,合金的次要相向主相转变;合金吸氢量明显增大;但是合金的放氢性能不稳定,放氢温度条件升高。利用L9(34)正交表设计实验,优化了La0.67Mg0.33 Ni2.5M0.5(M=Co,Cu)合金的磁热处理工艺,初步探索了磁热处理对合金热力学和动力学性能的影响。结果显示,La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5的最佳磁热处理工艺为800℃×2h×1T,La0.67Mg0.33Ni2.5Cu0.5的最佳磁热处理工艺为850℃×1h×4T。其中La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5合金的贮氢性能较好,吸放氢量分别为1.40wt%和1.37wt%,焓变量为-44.1kJ/mol,合金吸热峰顶所对应的温度为77.4℃,吸放氢特征时间tξ=0.875为10.3s和166.5s。用Chou模型研究了磁热处理对La0.67Mg0.33Ni2.5M0.5(M=Co,Cu)合金吸氢动力学曲线的影响,同时分析了温度和压力对该合金吸放氢动力学反应的作用机制,结果表明,吸放氢过程的控速步骤为氢在氢化物层的扩散。对比分析合金的吸放氢特征时间(tc)可知,磁热处理改善了合金的吸氢动力学性能,合金的放氢动力学性能不稳定;温度对合金吸放氢性能影响不明显;压力对合金的吸氢动力学性能有显著的影响,压力越大,合金的吸氢越快。La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5磁热处理合金具有较好的动力学性能,吸放氢tc分别为91.4s和379.3s,吸放氢活化能分别为16.3kJ/mol和23.3kJ/mol。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
引言  11-12
1 文献综述  12-31
  1.1 贮氢合金的理论基础  12-16
    1.1.1 贮氢原理  12-14
    1.1.2 贮氢过程热力学  14-16
    1.1.3 氢过程动力学  16
  1.2 贮氢合金研究现状  16-18
  1.3 La-Mg-Ni 系 AB_3 型贮氢合金的性能  18-25
    1.3.1 合金的结构  18-19
    1.3.2 合金的气固相性能  19-25
  1.4 改善贮氢合金性能的方法  25-29
    1.4.1 元素替代  26
    1.4.2 热处理  26-28
    1.4.3 磁处理  28-29
  1.5 问题的提出及研究的内容  29-31
2 实验方法  31-37
  2.1 合金的制备  31
  2.2 合金磁热处理工艺的设计  31-32
  2.3 合金性能的测试方法  32-33
    2.3.1 合金的PCT 测试  32
    2.3.2 合金的动力学测试  32
    2.3.3 合金的DSC 测试  32-33
  2.4 Chou 模型简介  33-37
3 元素取代及热处理对合金气固相性能的影响  37-44
  3.1 合金的气态贮氢性能  37-39
    3.1.1 元素取代对PCT 性能的影响  37
    3.1.2 热处理对合金PCT 性能的影响  37-39
  3.2 合金的DSC 测试  39-42
    3.2.1 元素取代对合金DSC 性能的影响  39-40
    3.2.2 热处理对合金DSC 性能的影响  40-42
  3.3 合金的吸放氢反应动力学  42
  3.4 小结  42-44
4 La_(0.67)Mg_(0.33)Ni_(2.5)M_(0.5)(M=Co,CU)贮氢合金的磁热处理优化工艺  44-59
  4.1 La_(0.67)Mg_(0.33)Ni_(2.5)Co_(0.5) 合金的磁热处理工艺优化  44-52
    4.1.1 合金的气态贮氢性能  45-47
    4.1.2 合金的DSC 性能  47-49
    4.1.3 合金的动力学性能  49-51
    4.1.4 小结  51-52
  4.2 La_(0.67)Mg_(0.33)Ni_(2.5)CU_(0.5) 贮氢合金磁热处理工艺的优化  52-59
    4.2.1 合金的气态贮氢性能  52-53
    4.2.2 合金的DSC 性能  53-55
    4.2.3 合金的动力学性能  55-57
    4.2.4 小结  57-59
5 La_(0.67)Mg_(0.33)Ni_(2.5)M_(0.5)(M=Co,CU)贮合金吸放氢动力学机理  59-64
  5.1 磁热处理对合金动力学性能的影响  59-60
  5.2 温度对合金动力学性能的影响  60-62
  5.3 压力对合金动力学性能的影响  62-63
  5.4 小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-71
在学研究成果  71-72
致谢  72

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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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