非晶钯基合金薄带的制备及渗氢性能研究

摘要

非晶合金由于其特有的无规则原子排列结构赋予其许多独特的性能，如高硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。凭此特性其自问世就引起了人们广范的兴趣，是近年来材料科学和和基础物理学的研究热点之一。钯及钯合金对氢气及其同位素具有独特的透过性能，能够选择性地通过氢及其同位素，因此，常用于氢气及其同位素的纯化及分离。但纯钯由于其机械性能差，在吸收大量氢气后会发生相转变，体积显著胀大，从而在氢渗透的反复循环过程中变脆乃至破裂成碎片。与常规晶体材料不同的是，非晶合金没有有晶界、位错等常见的晶体缺陷，且其化学组分均匀、单相，具有比晶体更为疏松的结构。这一独特结构能使其氢渗透性能明显提高，为改善钯膜氢渗透性能提供了新的思路。因此，研究钯合金体系的非晶形成能力及非晶钯基合金的氢渗透性能，有助于找到提高钯合金氢渗透性能的有效途径。
　　本文中，采用单辊甩带法，锟的旋转速度为36m/s～54m/s，制备了不同成分配比的Pd-Cu-Si非晶样品薄带，采用X射线衍射分析(XRD)，差热扫描分析仪(DSC)，透射电镜(TEM)及电子能谱(EDS)等分析工具对制备的非晶样品进行表征试验。考虑到Pd-Cu-Si体系在氢渗透领域的潜在应用，本文选取部分非晶样品并采用电化学试验法对样品氢扩散系数和氢渗透能力进行测试和研究。结果得到制备所得的薄带样品具有较为完整的非晶结构，在400℃以下能够以稳定非晶的形式存在。通过氢渗透试验数据发现，样品展现了与纯钯可比拟的氢渗透性能。这表明非晶钯膜用于氢渗透是一种可行的思路。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 钯合金膜及其氢渗透性能

1．2．1 钯膜氢渗透原理及影响因素

1．2．2 钯合金膜

1．3 非晶合金

1．3．1 非晶合金发展及应用

1．3．2 非晶合金的氢渗透性能

1．3．3 非晶钯基合金的相关研究及应用

1．3．4 小结

1．4 研究内容及方法

第二章 非晶设计及合金成分确定

2．1 非晶设计思想

2．2 Pd-Si三元非晶设计

2．2．1 Pd-Si团簇选取

2．2．2 Pd-Si三元非晶的确定

2．3 Pd-Cu-Si三元相图拟合

2．3．1 相图计算概述

2．3．2 二元体系热力学信息

2．3．3 三元相图优化结果与讨论

2．4 小结

第三章 非晶薄带的制备与性能分析

3．1 实验方法

3．2 合金制备与工艺研究

3．2．1 实验材料

3．2．2 熔炼制备

3．2．3 制备工艺研究

3．3 表征与分析

3．3．1 结构表征

3．3．2 热性能分析

3．4 小结

第四章 非晶钯基合金氢渗透性能研究

4．1 非晶合金扩散机制

4．2 氢渗透性能测试

4．2．1 电化学方法测试金属中氢扩散系数

4．2．2 测试结果及分析

4．3 小结

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

附录