Ce和Cr及热处理对Ti-V-Mn组织和储氢性能影响

摘要

Ti-V-Mn系合金作为储氢材料吸放氢条件温和而受到广泛的关注，但是其活化性能欠佳，有效放氢量达不到使用标准因此应用受到限制。合金化和热处理是改善Ti-V-M n系合金综合储氢性能的有效手段。
　　本文选择了储氢性能良好的Ti33V37Mn30合金为研究对象，添加不同含量的Ce和Cr两种元素，利用多功能电弧熔炼炉制备得到纽扣锭制备块状试样，结合SEM/EDS以及XRD观察分析相组成、元素分布以及晶格参数变化；再将材料进行破碎后球磨得到粉末样品进行储氢性能的测试。选择储氢性能最优成分合金进行热处理，对热处理后材料进行组织分析和性能测试。研究添加Ce和Cr元素以及热处理工艺对于Ti33V37Mn30合金组织和储氢性能的影响。
　　实验结果表明，添加Ce元素后能够有效降低材料的放氢平台。Ce在材料中主要以第二相形式存在，更多的Ti和Mn元素固溶到富Ce第二相中，因此C14 Laves相减少；在添加量为0.6at.%时，bcc主相晶格参数达到最大，氢原子在材料中扩散更加容易，此时材料吸放氢速率提升，首次吸放氢循环即可达到稳定状态，吸氢量由基体材料的3.15wt.%提高到3.28wt.%，有效放氢量由1.37wt.%提高到1.72wt.%。
　　添加Cr元素对合金活化性能提升效果明显。V和Cr会形成V-Cr固溶体，使得更多的V元素固溶到bcc主相中；同时由于Ti和Cr可以无限固溶，C14相和α-Ti相减少。Cr的添加量达到4at.%以后首次吸放氢循环即可以达到稳定状态，同时放氢平台变宽，压力下降；在添加量为6at.%时，bcc主相的晶格参数达到最大，此时材料的有效放氢量达到最大，为1.76wt.%。
　　选取储氢性能最优的Ti33V37Mn29.4Ce0.6和Ti33V37Mn24Cr6，在773K、973K和1173K下保温2h后进行退火处理。
　　773K热处理后，合金成分变得均匀，Ti33V37Mn29.4Ce0.6材料中C14相少量增加，主相中V和Ce的含量增加，主相晶格参数增大，吸放氢动力学改善，放氢平台变宽，有效放氢量提高到1.78wt.%；Ti33V37Mn24Cr6合金中C14相减少，主相中 Ti元素增多，主相晶格参数增大，吸放氢动力学改善，放氢平台变宽，压力下降，有效放氢量提高到1.82wt.%。973K和1173K下，两种材料都呈现出C14相为主，bcc相为辅的相组成，材料动力学性能恶化，吸放氢量明显下降，放氢平台变窄，压力上升。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 储氢材料的合金化

1.4 储氢材料的热处理

1.5本文主要研究内容

第2章 材料制备与实验方法

2.1 研究路线

2.2 材料制备

2.3 材料组织和性能分析方法

第3章 Ce和Cr 对Ti-V-Mn组织的影响

3.1 引言

3.2 Ce对Ti-V-Mn组织影响

3.2 Cr对Ti-V-Mn组织影响

3.3 小结

第4章 Ce和Cr对Ti-V-Mn储氢性能的影响

4.1 引言

4.2 Ce对Ti-V-Mn储氢性能的影响

4.3 Cr对Ti-V-Mn储氢性能的影响

4.4 小结

第5章 热处理对Ti-V-Mn组织和储氢性能的影响

5.1 引言

5.2 热处理对Ti-V-Mn组织影响

5.3 热处理对Ti-V-Mn储氢性能影响

5.4 小结

结论

参考文献

声明

致谢