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Mg_2Ni型贮氢合金结构与吸氢性能的研究

作　者: 孙玉巧
导　师: 张羊换
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 贮氢合金 吸氢动力学性能 快淬 球磨 Mg2Ni
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 93次
引　用: 3次
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内容摘要


本文在国内外Mg2Ni型贮氢合金研究进展的基础上,确定以成分为Mg2.4Ni的贮氢合金为研究对象,用真空中频感应炉制备了多元Mg2.4Ni贮氢合金,合金的成分为:(Mg2.4Ni)100-xREx（RE=La,Ce,Nd,Sm; x=0,5,10,15,20）。为了避免Mg的挥发,在冶炼时用高纯氦气保护,用单辊快淬法对合金进行了快淬处理,获得长度连续,厚度为2535um,宽度为310mm的非晶薄带。用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）分析了铸态及快淬态合金的相结构和微观形貌;用电化学测试仪器测试铸态及快淬合金的电化学性能;用差示扫描量热法（DSC）测试了快淬非晶相的晶化温度,分析了合金成分及快淬工艺对非晶相热稳定性的影响;用P-C-T曲线测试仪测试了铸态及快淬态合金的吸氢量和吸氢动力学性能。结果表明:在合金中加入稀土元素La可以显著提高(Mg2.4Ni)100-xLax（x=0,5,10,15,20）合金的非晶形成能力,La的加入明显改变了合金的相结构,随着La含量的增加,合金主相由Mg2Ni相改变为LaMg3相和LaNi3相。La含量变化对非晶相的热稳定性影响较小,铸态及快淬合金的活化性能良好,但它们的最大放电容量随着La含量的增加变化复杂。合金快淬后吸氢动力学性能恶化,吸氢量降低,这主要是LaNi3快淬后吸氢性能下降所致。对(Mg2.4Ni)100-xCex（x=0,5,10,15,20）系列合金的研究结果表明,稀土元素Ce明显改变了合金的相结构,快淬工艺及Ce含量对合金的非晶形成能力影响较小,但形成非晶的热稳定性较好,晶化温度在580℃左右。在铸态合金中加入元素Ce,最大放电容量降低。铸态的(Mg2.4Ni)90Ce10合金在150min时吸氢量最高,达3.6wt%,认为Ce7Ni3相和CeMg3相是主要的吸氢相。研究铸态及快淬态(Mg2.4Ni)100-xNdx（x=0,5,10,15,20）合金的相结构及吸氢动力学性能发现,快淬合金(Mg2.4Ni)100-xNdx（x=5,10）的结构为非晶基体上镶嵌着不同数量的纳米晶,快淬合金(Mg2.4Ni)100-xNdx（x=15,20）由单一的非晶相组成。随着Nd含量的增多,吸氢量先增大后减小,成分为(Mg2.4Ni)90Nd10的铸态合金吸氢量最大,150min时高达3.4wt%,认为NdNi7相和NdNi17相是吸氢的关键相;快淬后,合金的吸氢动力学性能恶化,吸氢量降低,非晶态的(Mg2.4Ni)85Nd15吸氢量最大,150min时吸氢量为1.9wt%。对(Mg2.4Ni)100-xSmx（x=0,5,10,15,20）系列合金进行了详细的研究,并采用球磨工艺提高其综合性能。研究结果表明:在铸态合金中加入稀土元素Sm可以优化吸氢动力学性能,提高吸氢量;在相同的压力下,升高温度,也能改善吸氢动力学性能,主要原因是温度越高,氢原子的扩散系数越大,越有利于氢原子在合金中的扩散与溶解。快淬合金(Mg2.4Ni)90Sm10第一次和第十次气态吸氢后都生成氢化物Mg2NiH0.3、SmH2和少量的Mg2NiH4,完全放氢后,经过多次吸放氢循环的合金,各相丰度和强度明显增大,说明随着循环次数的增多,有更多的非晶相晶化,这也是导致快淬合金吸氢量逐渐下降,吸氢动力学性能不断恶化的机理。非晶态的(Mg2.4Ni)90Sm10合金球磨后出现晶化现象,放电容量急剧衰减,气态吸氢量也明显降低。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
引言  11-12
1 文献综述  12-24
  1.1 前言  12
  1.2 镍氢电池（Ni/MH）  12-14
    1.2.1 MH/Ni 电池的发展史  12-13
    1.2.2 镍氢电池（Ni/MH）工作原理  13-14
  1.3 贮氢合金电极  14-18
    1.3.1 氢能利用对贮氢材料的迫切需求  15
    1.3.2 贮氢材料的种类及研究发展  15-18
  1.4 镁基贮氢合金的研究进展  18-22
    1.4.1 镁基贮氢合金的特点  19
    1.4.2 镁基（A28 型）贮氢合金的发展概况  19-20
    1.4.3 提高镁基贮氢材料贮氢性能的主要方法  20-22
    1.4.4 镁基贮氢材料近期研究重点  22
  1.5 选题背景和研究内容  22-24
2 试验方法  24-30
  2.1 合金成分设计及样品制备  24-25
  2.2 贮氢合金相结构及形貌分析  25
    2.2.1 XRD 分析  25
    2.2.2 SEM 分析  25
  2.3 合金电化学性能测试  25-27
    2.3.1 合金电极制备及测试方法  25-26
    2.3.2 合金电化学性能测试  26-27
  2.4 合金吸氢动力学性能测试  27-30
    2.4.1 测试设备  27-28
    2.4.2 吸氢动力学性能测试  28-30
3 快淬工艺及La 对Mg_2Ni 型贮氢合金微观结构与吸氢性能的影响  30-39
  3.1 前言  30
  3.2 试验方法  30-31
  3.3 结果与讨论  31-38
    3.3.1 相组成与相结构  31-34
    3.3.2 热稳定性分析  34-35
    3.3.3 活化性能与最大放电容量  35-36
    3.3.4 吸氢性能  36-38
  3.4 小结  38-39
4 快淬工艺及Ce 对Mg_2Ni 型贮氢合金微观结构与吸氢性能的影响  39-48
  4.1 前言  39
  4.2 试验方法  39
  4.3 结果与讨论  39-47
    4.3.1 相组成与相结构  39-42
    4.3.2 热稳定性分析  42
    4.3.3 活化性能与最大放电容量  42-44
    4.3.4 吸氢性能  44-47
  4.4 小结  47-48
5 快淬工艺及Nd 对Mg_2Ni 型贮氢合金微观结构与吸氢性能的影响  48-57
  5.1 前言  48
  5.2 试验方法  48-49
  5.3 结果与讨论  49-56
    5.3.1 相组成与相结构  49-53
    5.3.2 热稳定性分析  53
    5.3.3 活化性能与最大放电容量  53-54
    5.3.4 吸氢性能  54-56
  5.4 小结  56-57
6 快淬工艺及Sm 对Mg_2Ni 型贮氢合金微观结构与吸氢性能的影响  57-75
  6.1 前言  57
  6.2 试验方法  57
  6.3 结果与讨论  57-74
    6.3.1 相组成与相结构  57-63
    6.3.2 热稳定性分析  63-64
    6.3.3 活化性能与最大放电容量  64-66
    6.3.4 吸氢性能  66-74
  6.4 小结  74-75
结论  75-76
参考文献  76-81
在学研究成果  81-82
致谢  82

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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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