YFe 2 基新型稀土合金结构与性能的关系

发布时间：2024-10-03 06:14

　　稀土-过渡金属合金,如AB₅、AB₃、AB₂,可以在常温常压的条件下储存氢气,是一种较为理想的储氢材料。一般而言,随B组元的减少,其储氢量增加。AB₂型Y基储氢合金普遍具有C14型MgZn₂六方结构或C15型MgCu₂正方结构。在一定条件下,氢原子能够进入其四面体间隙中形成间隙氢化物,理论储氢容量达到1.8～2.4 wt.%的水平,具有较好的发展和应用前景。然而,该类合金在与氢气的反应过程中,会出现严重的晶格畸变、以及极其容易发生氢致非晶和歧化分解等现象,导致合金晶体结构发生变化,或者生成稳定的Y氢化物,使得合金的循环性能极差,无法满足储氢材料使用的性能要求。本论文在前人的研究工作基础上,致力于设计新型YFe₂基稀土合金体系,并通过非化学计量比、合金化以及改变形貌组织等方法实现其高容量可逆吸放氢,探索有潜力的稀土储氢合金新体系。本研究首先在YFe₂合金的基础上,采用Al元素对Fe进行部分替代,制备了YFe_...

【文章页数】：163 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 储氢合金的分类、氢在合金中的位置和性能评价
        1.2.1 储氢合金的分类
        1.2.2 氢在合金中的位置
        1.2.3 储氢合金性能评价
            1.2.3.1 热力学性能
            1.2.3.2 动力学性能
            1.2.3.3 其它性能
    1.3 稀土储氢合金的研究进展
        1.3.1 常见稀土合金的储氢性能
        1.3.2 提高稀土合金储氢性能的方法
            1.3.2.1 改进制备工艺
            1.3.2.2 元素替代
            1.3.2.3 非化学计量
            1.3.2.4 表面处理
    1.4 论文研究意义、依据和内容
        1.4.1 研究意义和依据
        1.4.2 研究内容
第二章 实验方法
    2.1 合金制备
    2.2 合金微观结构表征
        2.2.1 X射线衍射分析
        2.2.2 扫描电子显微镜分析
        2.2.3 透射电子显微镜分析
        2.2.4 中子衍射分析
    2.3 合金储氢性能测定
        2.3.1 恒温吸放氢动力学和吸放氢PCI性能测试
        2.3.2 热力学性能测试
    2.4 合金及其氢化物的建模与计算
第三章 Al对 YFe_2 合金结构和储氢性能的影响
    3.1 引言
    3.2 Y-Fe-Al合金的微观结构和Al对歧化反应的抑制作用
        3.2.1 Y-Fe-Al合金的微观结构
        3.2.2 Al对氢致非晶、歧化反应的抑制作用
    3.3 Y-Fe-Al合金的可逆储氢性能
        3.3.1 Y-Fe-Al合金的吸放氢动力学性能
        3.3.2 Y-Fe-Al合金的吸放氢热力学性能
    3.4 本章小结
第四章 非化学计量比设计改善Y-Fe-Al合金的储氢性能
    4.1 引言
    4.2 非化学计量比Y-Fe-Al合金的微观结构及其稳定性
        4.2.1 非化学计量比Y-Fe-Al合金的微观结构
        4.2.2 非化学计量比Y-Fe-Al合金吸放氢过程中的结构稳定性
    4.3 非化学计量比Y-Fe-Al合金的储氢动力学性能
        4.3.1 Al缺量的Y-Fe-Al合金的储氢动力学性能
        4.3.2 Fe过量的Y-Fe-Al合金的储氢动力学性能
    4.4 非化学计量比Y-Fe-Al合金的储氢热力学性能
    4.5 本章小结
第五章 A侧替代对Y-Fe-Al合金微观结构及其储氢性能的影响
    5.1 引言
    5.2 Y-M-Fe-Al 四元合金的微观结构及其稳定性
        5.2.1 Y-M-Fe-Al 四元合金的微观结构
        5.2.2 各成分Y-M-Fe-Al合金吸放氢过程中的结构稳定性
    5.3 Y-M-Fe-Al四元合金的储氢动力学性能
        5.3.1 Y-Zr-Fe-Al合金的储氢动力学性能
        5.3.2 Y-Ti-Fe-Al合金的储氢动力学性能
        5.3.3 Y-V-Fe-Al合金的储氢动力学性能
    5.4 Y-M-Fe-Al四元合金的储氢热力学性能
    5.5 本章小结
第六章 Y-Zr-Fe-Al双相合金的储氢性能及应力场调控机制
    6.1 引言
    6.2 Y-Zr-Fe-Al双相合金的微观结构及其稳定性
        6.2.1 Y-Zr-Fe-Al双相合金的微观结构
        6.2.2 Y-Zr-Fe-Al双相合金的结构稳定性
    6.3 Y-Zr-Fe-Al双相合金的可逆储氢性能
        6.3.1 Y-Zr-Fe-Al双相合金的储氢动力学性能
        6.3.2 Y-Zr-Fe-Al双相合金的储氢热力学性能
    6.4 合金应力应变的有限元分析
        6.4.1 合金模型的建立
        6.4.2 材料参数设置
        6.4.3 网格划分及其质量评价
        6.4.4 约束条件设置
        6.4.5 合金的应力应变分析
            6.4.5.1 YFe_(1.7)Al_(0.3) 合金
            6.4.5.2 Y_(0.67)Zr_(0.33)Fe_(1.7)Al_(0.3) 双相合金
        6.4.6 应变与脱氢平衡压力的关系
    6.5 机械合金化对Y-Zr-Fe-Al双相合金储氢性能的影响
        6.5.1 机械合金化处理的Y-Zr-Fe-Al双相合金微观结构
        6.5.2 机械合金化处理Y-Zr-Fe-Al双相合金的储氢性能
    6.6 本章小结
全文总结与工作展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



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