锆吸氢及锆锂合金增强吸氢效应的研究

摘要

锆系储氢合金材料具有机械强度高、吸氢量大、使用寿命长等优点，因而在未来的洁净能源领域有着广阔的应用前景。此外，在核技术方面，锆还具有热中子吸收截面小等优良的核性能，使得锆及锆合金常作为反应堆的结构材料；又由于锆吸氢量大，氢化锆还是优良的中子慢化材料。本论文在调研了国内外大量相关文献的基础上，首先介绍了金属锆及锆合金的应用，同时对储氢合金的发展，分类，储氢原理和应用进行了概述，进而将锆作为研究对象，首次采用扩散锂的方法形成锆锂合金，以期得到增加吸氢量的效果，为提高D-T反应的中子产额寻找一个切实可行的合金化方法，并对其吸放氢性能与锆进行了比较；最后利用二次离子质谱分析(SIMS)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别对样品的相对含量、物相、表观形貌等进行了观测与分析。 通过对纯锆和锆锂合金的吸放氢性能的研究，得到以下结论：在固定温度(500℃)，不同压强下锆锂合金化后的吸氢量比纯锆在不同的压强下有所增加；在固定吸气压强(0.24Mpa)时锆锂合金的吸氢量在不同的温度下也比纯锆也有不同程度的增加。 纯锆吸氢的表观活化能为41.51±3.69 kJ/mol，锆锂合金的吸氢表观活化能为25.10±6.75 kJ/mol，锂加入锆中使吸氢反应的反应能降低了。 XRD表明样品吸氢后Zr相峰位稍微左移，样品放氢后的Zr相峰微移减小。原因是吸氢后Zr晶格的d值较吸氢前增大，说明吸氢使晶格膨胀，放氢后衍射峰的d值较吸氢后的略有减少，但比未吸氢时的大，说明放氢并不完全，还存在着较稳定的锆-氢化合物。 纯锆吸氢后的SEM照片比纯锆吸氢后再放氢的SEM照片裂纹少，锆锂合金吸氢后的SEM照片也比锆锂合金吸氢后再放氢的SEM照片裂纹少。吸放氢样品表面出现了许多裂纹与孔洞，并且裂纹和孔洞周围粉化非常严重。经过多次吸放氢循环，在其表面产生了很多氢进出的通道，这样就增加了吸氢的有效活性表面积有利于进一步吸氢。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1锆的基本性质

1.1.1金属锆的简介

1.1.2金属锆的物理化学性能

1.1.3锆的核性能

1.1.3原子能反应堆锆结构材料吸氢后氢对锆合金材料的危害

1.1.4原子能反应堆锆结构材料吸氢的来源与机理

1.2本论文选题立意

第二章贮氢材料概述

2.1储氢材料简单概括

2.1.1络合物储氢材料

2.1.2 储氢合金

2.1.3有机液体储氢材料

2.1.4碳基储氢材料

2.2储氢合金的发展

2.3储氢合金的分类

2.3.1稀土系储氢合金

2.3.2钛系储氢合金

2.3.3锆系储氢合金

2.3.4钡系储氢合金

2.3.5镁系储氢合金

2.4储氢金属吸放氢原理以及热力学性质概述

2.5储氢合金的现状及应用

第三章实验设计

3.1实验材料的准备工作

3.2实验装置的设计安装

3.3纯锆吸放氢性能的实验过程

3.3.1除气

3.3.2抽高真空

3.3.3 活化

3.3.4纯锆吸放氢的实验测量过程

3.4锆锂合金吸放氢性能的实验过程

3.4.1锆锂的合金化过程

3.4.2锆锂合金吸放氢的实验测量过程

3.5样品的相结构分析，表面形貌，和相对含量的分析

3.5.1XRD分析

3.5.2 SEM 分析

3.5.3SIMS分析

第四章实验数据及分析

4.1样品吸放氢实验数据与相关分析

4.1.1纯锆在充氢压为0.24MPa，不同温度下的吸氢动力学曲线

4.1.2锆锂合金在充氢压为0.24MPa，不同温度下的吸氢动力学曲线

4.1.3纯锆和锆锂合金在不同压强不同温度下的吸氢量的比较

4.1.4纯锆和锆合金在不同压强不同温度下的放氢曲线的比较

4.1.2纯锆和锆锂合金放氢量的比较

4.1.3纯锆和锆锂合金吸氢表现活化能

4.2样品分析

4.2.1样品SIMS分析

4.2.2样品的XRD图谱

4.2.2锆锂合金的样品的XRD图谱

4.2.3样品SEM照片

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2展望

参考文献

致谢

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