抗氢致歧化ZrCo系贮氚合金研制及歧化机制研究
发布时间：2021-02-27 17:17
聚变能是一种安全、洁净、燃料资源丰富的理想能源。国际热核实验堆（ITER）是目前为研究可控磁约束核聚变技术而开展的重大国际科技合作项目,ZrCo合金由于其优异的吸放氢动力学性能、较低的室温离解平衡以及较好的固氦性能,在贮氚领域存在其特有的优势,其作为ITER项目中氘氚燃料循环系统中的大规模氘氚气体贮存、供应以及回收的重要候选材料在近年来得到广泛的研究关注,然而,其在高温氢同位素气氛下易发生氢致歧化效应以及在杂质气氛中易毒化造成贮氚性能的大幅衰减的问题亟待解决。合金化改性作为目前ZrCo贮氚合金主要改性途径,然而目前合金化改性对ZrCo贮氚合金氢致歧化效应的影响规律、作用机制以及与气体杂质相互作用机制均尚未明确。针对以上迫切需要研究的基础与应用问题,为开发一类具有较好抗氢致歧化性能及综合储氢性能优良的ZrCo系贮氚合金,本论文在详细调研国内外文献的基础上,通过电弧熔炼及真空退火等技术制备一系列元素替代改性的ZrCo系贮氚合金,采用XRD、SEM、EDX、TG-DSC、XPS、TPD等材料表征技术以及Sievert-型吸放氢性能测试方法,研究Ti、Sc替代Zr位,Ni、Fe替代Co位的Zr...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
⑷LaNi4.25Alo.75的吸放痛尸CT曲线[15],LaNi4.25Alo.75的353K放氣尸CT曲线[26】(b)
图1.6ZrCo(a)及ZrNi(b)的吸放氢平衡压力与循环次数曲线_与Fe掺杂ZrCo>J^ii_x(x=0、0.5、0.7、1)合金的循环性能曲线(C尸]1. 3. 5 ZrCo系储氣合金1. 3.4. 1 ZrCo合金的结构和储氢特性上述ft氣材料均存在固有缺陷，综合考虑其r：氣性能，铀类le氣材料能基本符合SDS系统的技术设计要求。而ZrCo作为一种最有希望替代铀作为ITER项目中氣的操作，输运，储存材料具有足以与铀媳美的特性：(1)作为一种典型的储氢材料，ZrCo氢化物在室温下的吸氢坪台压可低至10-3Pa，根据等值线计算的放氧压力达到Ibar仅需375°C,储气（H、D、T)容量可接近ZrCoH3。(2)吸放氢/氖/氣动力学性能良好，活化工艺简单。(3)与铀相比，无放射性，氢化物粉末在空气中不易自燃。Co-Zr体系有10种平衡相，图1.7所示为Co-Zr相图[37]，ZrCo作为金属间
图1.9ZrCo氢化物及氖化物尸Cr曲线（a)以及出和02在气相和固相中的势垒和零点振动能(b)[42]1.3.4.3 ZrCo合金与杂质气体相互作用ZrCo合金易被杂质气体影响。如CO、CO2、O2、N2、CH4和C2H4等杂质气体会毒化ZrCo合金，包括对合金吸氧速率、吸氢容量以及平衡压等性质产生不利影响。Penzhom等人发现[44]ZrCo合金在含CO、O2、N2、CH4等杂质气体的气氛中吸氢性能受到影响，ZrCo合金在673 K、含CH4杂质气体会形成碳化物ZrCoCx，在823 K、N?气氛中会形成氮化物ZrCoN、，在523 K、含(?气氛中形成氧化物ZrCo03，该实验条件下对ZrCo毒化影响的次序为N2&CH4〉CO>?2。Heike Glasbrenner等人[45]通过XPS测试发现CO、CO2对ZrCo的影响主要通过与Co反应，生成相应的碳化物，伴随有Zr02的生成，造成表面吸附活性位点的失去吸附离解H2的活性。1.3.4.4 ZrCo合金的排代研究利用错钴氢化物中氧氖的互排代效应[46]，有可能实现It氣床中氣的冷却卸，
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源发展关键问题研究[J]. 李琼慧,王彩霞. 中国电力. 2015(01)
[2]添加Mn和Ce对Ti0.27Cr0.33V0.4合金储氢性能的影响[J]. 蒋利军,刘晓鹏,屠海令,陈立泉. 稀有金属材料与工程. 2014(12)
[3]Effect of Ti substitution on hydrogen storage properties of Zr1-xTixCo （x = 0, 0.1, 0.2, 0.3） alloys[J]. Yamin Zhao,Rongfeng Li,Ruihe Tang,Boyan Li,Ronghai Yu,Wei Liu,Huaqin Kou,Jianbo Meng. Journal of Energy Chemistry. 2014(01)
[4]Ti部分替代Zr对ZrNi0.6Co0.4合金储氢特性的影响[J]. 罗敬军,王树茂,刘晶,潘昌盛,刘晓鹏,蒋利军. 稀有金属. 2013(04)
[5]Structural characteristics and mechanism of hydrogen-induced disproportionation of the ZrCo alloy[J]. Xiu-mei Guo, Shu-mao Wang, Xiao-peng Liu, Zhi-nian Li, Jian-hua Ye, Hui-ping Yuan, and Li-jun Jiang Energy Material and Technology Institute, General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2012(11)
[6]ZrCo合金储放氢同位素研究[J]. 郭秀梅,王树茂,刘晓鹏,李志念,吕芳,郝雷,米菁,蒋利军. 金属功能材料. 2011(05)
[7]化学镀法在ZrCo合金表面制备Pd膜及Pd-Ag合金膜包层研究[J]. 郭秀梅,王树茂,刘晓鹏,李志念,吕芳,郝雷,米菁,蒋利军. 金属功能材料. 2011(03)
[8]Zr2Fe合金的氢化及惰性气氛氚捕集性能[J]. 黄志勇,刘从贤,宋江锋,刘卫东. 化学工程. 2010(10)
[9]节能和碳排放约束下的中国能源结构战略调整(英文)[J]. 林伯强,姚昕,刘希颖. Social Sciences in China. 2010(02)
[10]铈对Ti-V-Cr-Fe储氢合金显微组织的影响[J]. 黄倬,Fermin Cuevas,刘晓鹏,蒋利军,Michel Latroche,E. Leroy,杜军. 中国稀土学报. 2009(01)
本文编号：3054553
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
⑷LaNi4.25Alo.75的吸放痛尸CT曲线[15],LaNi4.25Alo.75的353K放氣尸CT曲线[26】(b)
图1.6ZrCo(a)及ZrNi(b)的吸放氢平衡压力与循环次数曲线_与Fe掺杂ZrCo>J^ii_x(x=0、0.5、0.7、1)合金的循环性能曲线(C尸]1. 3. 5 ZrCo系储氣合金1. 3.4. 1 ZrCo合金的结构和储氢特性上述ft氣材料均存在固有缺陷，综合考虑其r：氣性能，铀类le氣材料能基本符合SDS系统的技术设计要求。而ZrCo作为一种最有希望替代铀作为ITER项目中氣的操作，输运，储存材料具有足以与铀媳美的特性：(1)作为一种典型的储氢材料，ZrCo氢化物在室温下的吸氢坪台压可低至10-3Pa，根据等值线计算的放氧压力达到Ibar仅需375°C,储气（H、D、T)容量可接近ZrCoH3。(2)吸放氢/氖/氣动力学性能良好，活化工艺简单。(3)与铀相比，无放射性，氢化物粉末在空气中不易自燃。Co-Zr体系有10种平衡相，图1.7所示为Co-Zr相图[37]，ZrCo作为金属间
图1.9ZrCo氢化物及氖化物尸Cr曲线（a)以及出和02在气相和固相中的势垒和零点振动能(b)[42]1.3.4.3 ZrCo合金与杂质气体相互作用ZrCo合金易被杂质气体影响。如CO、CO2、O2、N2、CH4和C2H4等杂质气体会毒化ZrCo合金，包括对合金吸氧速率、吸氢容量以及平衡压等性质产生不利影响。Penzhom等人发现[44]ZrCo合金在含CO、O2、N2、CH4等杂质气体的气氛中吸氢性能受到影响，ZrCo合金在673 K、含CH4杂质气体会形成碳化物ZrCoCx，在823 K、N?气氛中会形成氮化物ZrCoN、，在523 K、含(?气氛中形成氧化物ZrCo03，该实验条件下对ZrCo毒化影响的次序为N2&CH4〉CO>?2。Heike Glasbrenner等人[45]通过XPS测试发现CO、CO2对ZrCo的影响主要通过与Co反应，生成相应的碳化物，伴随有Zr02的生成，造成表面吸附活性位点的失去吸附离解H2的活性。1.3.4.4 ZrCo合金的排代研究利用错钴氢化物中氧氖的互排代效应[46]，有可能实现It氣床中氣的冷却卸，
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源发展关键问题研究[J]. 李琼慧,王彩霞. 中国电力. 2015(01)
[2]添加Mn和Ce对Ti0.27Cr0.33V0.4合金储氢性能的影响[J]. 蒋利军,刘晓鹏,屠海令,陈立泉. 稀有金属材料与工程. 2014(12)
[3]Effect of Ti substitution on hydrogen storage properties of Zr1-xTixCo （x = 0, 0.1, 0.2, 0.3） alloys[J]. Yamin Zhao,Rongfeng Li,Ruihe Tang,Boyan Li,Ronghai Yu,Wei Liu,Huaqin Kou,Jianbo Meng. Journal of Energy Chemistry. 2014(01)
[4]Ti部分替代Zr对ZrNi0.6Co0.4合金储氢特性的影响[J]. 罗敬军,王树茂,刘晶,潘昌盛,刘晓鹏,蒋利军. 稀有金属. 2013(04)
[5]Structural characteristics and mechanism of hydrogen-induced disproportionation of the ZrCo alloy[J]. Xiu-mei Guo, Shu-mao Wang, Xiao-peng Liu, Zhi-nian Li, Jian-hua Ye, Hui-ping Yuan, and Li-jun Jiang Energy Material and Technology Institute, General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2012(11)
[6]ZrCo合金储放氢同位素研究[J]. 郭秀梅,王树茂,刘晓鹏,李志念,吕芳,郝雷,米菁,蒋利军. 金属功能材料. 2011(05)
[7]化学镀法在ZrCo合金表面制备Pd膜及Pd-Ag合金膜包层研究[J]. 郭秀梅,王树茂,刘晓鹏,李志念,吕芳,郝雷,米菁,蒋利军. 金属功能材料. 2011(03)
[8]Zr2Fe合金的氢化及惰性气氛氚捕集性能[J]. 黄志勇,刘从贤,宋江锋,刘卫东. 化学工程. 2010(10)
[9]节能和碳排放约束下的中国能源结构战略调整(英文)[J]. 林伯强,姚昕,刘希颖. Social Sciences in China. 2010(02)
[10]铈对Ti-V-Cr-Fe储氢合金显微组织的影响[J]. 黄倬,Fermin Cuevas,刘晓鹏,蒋利军,Michel Latroche,E. Leroy,杜军. 中国稀土学报. 2009(01)
本文编号：3054553
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