铸态及快淬MgNi型贮氢合金的结构及吸氢性能研究

摘要

氢能因其高效和洁净被认为是21世纪的理想能源。解决氢的贮存是氢能得以推广应用的关键。Mg基贮氢合金具有贮氢量高、资源丰富、价格低廉等优点，是很有潜力的轻型高能贮氢材料。但其吸放氢动力学性能差，影响了Mg基贮氢合金实用化。本文以Mg2Ni型贮氢合金为基，通过多元合金化及快淬工艺研究Mg2Ni型贮氢合金的吸氢动力学性能。 本文用真空中频感应炉制备了多元Mg2Ni型贮氢合金。用单辊快淬法对合金进行了快淬处理，获得长度连续，厚度为25-35um, 宽度为3-10mm的非晶薄带。用XRD、SEM、TEM分析了铸态及快淬态合金的相结构及微观形貌，用DSC测试了快淬非晶相的晶化温度，分析了合金成分及淬速对非晶相热稳定性的影响。用P-C-T曲线测试仪测试了铸态及快淬态合金的吸氢量及吸氢动力学。 在铸态及快淬态Mg20-xLaxNi10(x=0~6)合金中，发现La替代Mg可以显著提高Mg20-xLaxNi10(x=0-6)合金的非晶形成能力。当La含量x≤2时，快淬可以显著提高合金的吸氢量改善合金的吸氢动力学，当La含量x≥4时，淬速对合金吸氢动力学的影响比较复杂； 在铸态及快淬态Mg16La4Ni10-xMx（x=0 ~10；M=Co, Mn, Cu）合金中，发现随着Co含量的增加合金吸氢动力学性能有所提高。淬速为20m/s的Mg16La4Ni8Co2快淬态合金吸氢动力学性能良好；在铸态及快淬态Mg16La4Ni10-xMnx(x = 0~8)合金中，研究表明铸态Mg16La4Ni4Mn6合金吸氢动力学性能良好，快淬速度对Mg16La4Ni8Mn2快淬态合金的吸氢性能影响不大；研究铸态及快淬态Mg16La4Ni10-xCux(x = 0~4)合金发现，随着Cu含量的增加铸态合金的吸氢动力学性能明显降低，快淬使Mg16La4Ni8Cu2合金的吸氢量及吸氢动力学显著降低。研究铸态Mg20Ni10-xMx（M = Co, Mn, Cu； x=1~4）合金结果表明，在铸态Mg20Ni10-xCox(x = 0~4)合金中，Co的加入使得合金出现MgCo2新相，并且在MgCo2新相、LaNi3相共同作用下使得合金吸氢动力学性能升高；在铸态Mg20Ni10-xMnx(x = 0~4)合金中，随Mn含量的增加，合金的吸氢动力学性能逐渐降低。Cu替代Ni不改变铸态Mg20Ni10-xCux(x = 0~4)合金的相结构，但铸态合金的吸氢量随Cu替代量的增加而降低。 多元合金化及快淬工艺可改善Mg2Ni型贮氢合金吸氢动力学性能，对Mg2Ni型贮氢合金的进一步研究有指导意义。