La-Mg-Ni合金初始相结构对其储氢性能的影响及机制分析

发布时间：2017-09-05 19:26

  本文关键词：La-Mg-Ni合金初始相结构对其储氢性能的影响及机制分析

  更多相关文章： La-Mg-Ni基储氢合金 初始相结构 微观组织 铜模铸造 超高压

【摘要】：La-Mg-Ni基储氢合金因其在较温和条件下具有良好的可逆储氢性能,成为最具发展潜力的储氢材料之一。然而,由于具有较高吸/放氢温度和较差的吸/放动力学性能等缺点,限制了其实际应用范围。研究发现,La-Mg-Ni储氢合金在首次吸氢时初始相会发生分解,分解后的各相对合金吸/放氢性能起着决定性作用。本文根据La-Mg-Ni三元合金相图,采用真空感应熔炼技术、铜模铸造技术(快冷)和超高压处理技术制备了LaMg4Ni和高镁La0.1Mg9.4Ni0.5合金。通过ICP、XRD、DSC、SEM-EDS以及吸/放氢性能测试等手段,对合金的相结构和储氢性能进行了系统地研究,深入探讨了La-Mg-Ni基多相合金初始相组成、丰度和分布(各相的尺寸、均匀性等)对储氢性能的影响。对铜模铸造LaMg4Ni合金的研究表明,常规铸态LaMg4Ni合金的初始放氢温度和峰值温度均比铜模铸造LaMg4Ni合金高。相比于铸态合金,铜模铸造合金显示出更好的吸/放氢动力学性能;这两种合金的可逆储氢容量和平台压是相近的,表明铜模铸造几乎没有影响LaMg4Ni合金的热力学性能;这两种合金相似的热力学性能应该归因于具有相同的储氢相(Mg和Mg2Ni相);相比于铸态合金,铜模铸造合金较好的吸/放氢动力学性能归因于具有更均匀的相分布。对超高压LaMg4Ni合金的研究表明,常规铸态LaMg4Ni合金由La2Mg17、LaMg2Ni和Mg2Ni相组成,超高压LaMg4Ni合金包含LaMg3、LaMg2Ni和Mg2Ni相。而且,超高压合金具有比铸态合金更为均匀的显微组织。在973 K时,超高压合金比在823 K时的显微组织更加细小;超高压LaMg4Ni合金和铸态合金可逆储氢容量和平台压是相近的,说明该超高压处理几乎不影响LaMg4Ni合金的热力学性质;超高压处理的LaMg4Ni合金初始放氢温度和放氢峰值温度比铸态合金低。此外,超高压合金与铸态合金相比具有更快的吸氢速率和放氢动力学。吸/放氢动力学性能的改善主要归因于La氢化物、Mg2NiH4和Mg2Ni的催化作用和La氢化物、Mg2NiH4和MgH2相均匀的相分布所产生的相界为氢的扩散提供了更多通道。这些性能的改善与超高压处理后,合金中均匀的相分布和细小的显微组织密切相关。对超高压La0.1Mg9.4Ni0.5合金的研究表明,常规铸态La0.1Mg9.4Ni0.5合金的初始放氢温度和放氢峰值温度高于超高压La0.1Mg9.4Ni0.5合金。此外,在加热过程中,超高压合金具有比铸态合金更高的放氢速率;铸态La0.1Mg9.4Ni0.5合金由Mg、Mg2Ni和La2Mg17相组成,而超高压La0.1Mg9.4Ni0.5合金由Mg、Mg6Ni和La2Mg17相组成。超高压处理使Mg2Ni相和Mg相转变成Mg6Ni相,从而降低了Mg相的含量;吸/放氢动力学的提高主要归因于Mg2NiH4较好的催化效果和更多的相界,Mg2NiH4相均匀分布产生的相界为氢的扩散提供了更多通道,这些与超高压处理后Mg6Ni相的形成相关。
【关键词】：La-Mg-Ni基储氢合金 初始相结构 微观组织 铜模铸造 超高压
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.7
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-27
• 1.1 选题意义与研究目的11-12
• 1.2 氢能12-13
• 1.3 储氢技术13-17
• 1.3.1 高压气态储氢14
• 1.3.2 低温液态储氢14-15
• 1.3.3 金属氢化物储氢15-16
• 1.3.4 物理吸附储氢16-17
• 1.4 储氢合金17-18
• 1.4.1 第一代储氢合金17-18
• 1.4.2 第二代储氢合金18
• 1.4.3 第三代储氢合金18
• 1.5 镁基储氢材料18-24
• 1.5.1 MgH_2储氢材料19-20
• 1.5.2 Mg-Ni系储氢材料20-23
• 1.5.3 La-Mg-Ni系储氢材料23-24
• 1.6 研究思路与研究内容24-27
• 2 实验方法27-35
• 2.1 实验设备和材料27-28
• 2.2 合金的制备28-30
• 2.3 微观结构分析30
• 2.3.1 成分分析30
• 2.3.2 形貌观察30
• 2.3.3 相结构分析30
• 2.4 储氢性能测试30-35
• 2.4.1 PCT测试仪原理30-31
• 2.4.2 活化处理31-32
• 2.4.3 TPD 性能测试32
• 2.4.4 PCT 性能测试32
• 2.4.5 吸/放氢速率测试32
• 2.4.6 热分析32-35
• 3 铜模铸造对LaMg_4Ni合金初始相结构和储氢性能的影响35-45
• 3.1 动力学性能35-38
• 3.2 热力学性能38-39
• 3.3 微观组织与相结构39-42
• 3.4 本章小结42-45
• 4 超高压处理对LaMg_4Ni合金初始相结构和储氢性能的影响45-55
• 4.1 动力学性能46-49
• 4.2 热力学性能49-50
• 4.3 微观组织与相结构50-53
• 4.4 本章小结53-55
• 5 超高压处理对高镁La_(0.1)Mg_(9.4)Ni_(0.5)合金初始相结构和储氢性能的影响55-63
• 5.1 动力学性能55-58
• 5.2 热力学性能58
• 5.3 微观组织与相结构58-61
• 5.4 本章小结61-63
• 结论63-65
• 参考文献65-73
• 作者简历73-75
• 学位论文数据集75

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