金属铌的渗氢行为研究

发布时间：2023-12-09 15:28

　　致密金属膜在氢及其同位素分离领域具有重要应用。钯及其合金膜是工业上常用的氢分离提纯材料,但是其价格高而限制了其在普通氢同位素分离,尤其是氢能领域的广泛应用。难熔金属铌具有机械强度高、更低的价格及更高的本征渗透系数等优点,被认为是可以取代金属钯的渗氢分离材料而备受关注。然而由于金属铌对氢分子解离的催化活性差、且表面易形成一层与基体结合牢固的致密氧化膜而阻碍氢的渗透特性,导致关于金属铌在渗氢分离领域的实际应用尚未见公开报道,尤其是晶粒大小对渗氢行为的影响。因此,本论文以不同晶粒度的铌为研究对象,通过尝试机械磨抛、离子溅射以及超高真空退火等手段去除铌表面去氧化层工艺,制备了相对“洁净”铌表面,同时考察了其氢、氘的渗透特性。分别对两种不同冶金工艺的原始铌以及机械抛磨后的铌进行表面成分和微观结构分析,发现两种铌的晶粒尺寸分别为10～200 μm和200～500 nm。根据晶粒尺寸,将其分别命名为微米晶铌和纳米晶铌。铌表面氧化层主要为Nb205,通过机械磨抛可以去除铌表面大部分氧化物,剩余氧化层很薄,约为20 nm。采用高真空退火结合离子溅射手段原位研究了机械磨抛后铌表面的成分变化,结果表明:超高...

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【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 金属膜分离纯化氢技术
        1.2.1 金属膜渗氢机理
        1.2.2 钯、铌及其合金膜纯化氢技术
    1.3 金属的渗氢行为及其表面杂质效应
        1.3.1 氢在金属铌中驻留机制
        1.3.2 金属铌表面非金属杂质对其渗氢的影响
    1.4 研究意义与研究内容
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 研究内容
2 金属铌的表面处理
    2.1 实验材料
    2.2 金属铌表面氧化层的去除
        2.2.1 机械磨抛
        2.2.2 高温真空退火
        2.2.3 离子轰击
    2.3 分析表征
        2.3.1 金属铌的表面形貌分析
        2.3.2 金属铌的显微结构分析
        2.3.3 金属铌的晶体物相分析
        2.3.4 金属铌表面的化学组成
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 金属铌的表面形貌
        2.4.2 金属铌的显微结构
        2.4.3 金属铌的物相
        2.4.4 金属铌表面化学组成
    2.5 本章小结
3 金属铌的渗氢渗透行为研究
    3.1 实验部分
        3.1.1 实验样品
        3.1.2 渗透实验装置
        3.1.3 渗氢实验
    3.2 渗透实验结果与讨论
        3.2.1 铌的渗氘行为
        3.2.2 金属铌的氢同位素效应
        3.2.3 金属铌渗氢机制的初步分析
    3.3 本章小结
4 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3871724