NbTiZrV(Hf)合金组织与储氢性能

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1、硕士学位论文NbTiZrV(Hf)合金组织与储氢性能THEMICROSTRUCTUREANDHYDROGENSTORAGEPROPERTYOFNbTiZrV(Hf)ALLOYS唐平哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG139+.7学校代码：10213国际图书分类号：669.2密级：公开工学硕士学位论文NbTiZrV(Hf)合金组织与储氢性能硕士研究生：唐平导师：郭景杰教授李新中副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

2、sifiedIndex:TG139+.7U.D.C:669.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEMICROSTRUCTUREANDHYDROGENSTORAGEPROPERTYOFNbTiZrV(Hf)ALLOYSCandidate：TangPingSupervisor：Prof.GuoJingjieAsso.Prof.LiXinzhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Materi

3、alsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文中选择NbTiZrV、NbTiZrHf及NbTiZrHfV这三种成分合金进行组织与储氢性能研究。采用真空非自耗电弧熔炼获得母合金钮扣锭，利用金相显微镜、X射线衍射仪及扫描电镜研

4、究合金铸态及热处理后组织演变规律；通过测定PCT曲线研究铸态及热处理合金的储氢性能，揭示氢在合金的溶解与扩散机制。铸态条件下所选三类合金均由单一的BCC固溶体相构成，但存在严重的晶格畸变及内应力。NbTiZrV和NbTiZrHfV这两种合金铸态条件下组织均为发达树枝晶形貌，在热处理后组织均发生了较大的改变。NbTiZrV合金热处理后出现了Zr-rich和Zr-poor这两种形式的BCC固溶体相，随着热处理时间的延长，两相含量出现变化；NbTiZrHfV合金热处理后出现了V2M形式的Laves相分布在晶界及晶粒内部，但

5、其含量较少，XRD衍射峰并不明显。相比而言，NbTiZrHf合金铸态条件下为等轴晶形貌，在经历长时间热处理后组织形貌并没有发生改变，且成分分布依旧十分均匀，说明其组织具有优越的热稳定性。三种合金铸态时均可吸收一定量氢，吸氢量排序为：NbTiZrHf>NbTiZrV>NbTiZrHfV，对于每一种合金而言其吸氢量均随着温度的降低而增大，即表现出吸氢放热特性。从PCT曲线可以看出合金在低、中、高三段压力范围均呈现出各自的规律，低压段(<0.1MPa)时，合金吸氢量大，速度快，表明氢在其中溶解速度快；中压段(0.1~0.4

6、MPa)时H溶解基本上呈现近线性关系，但并不符合Sievert’s定律，线性拟合可得出氢溶解系数K，发现K值随温度的升高而增大；高压段(>0.4MPa)时氢在合金中的溶解速度变慢，在此段主要是无序氢固溶体向有序氢化物转变过程。另外，氢在各个合金的扩散系数D值和浓度相关，在较低浓度时，D值与浓度相关性较小，浓度高时相关性大，会明显偏离理想情况。每种铸态合金吸收大量氢后均出现多种形式氢化物如NbHx、ZrHx、HfHx等，x数值在一定范围内波动。测定了1273K热处理120h后组织最稳定的NbTiZrHf及出现了Lave

7、s新相的NbTiZrHfV这两种合金的PCT曲线，发现NbTiZrHf合金热处理后其吸氢性能减小，然而对于NbTiZrHfV合金由于出现了只存在四面体间隙的Laves新相，提供了新的氢原子可占据的间隙，从而导致热处理后该合金的吸氢性能反而增大。关键词：NbTiZrV(Hf)合金；热处理；微观组织；储氢性能；I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInthiswork,microstructureandhydrogenstoragepropertyofNbTiZrV,NbTiZrHfandNbTiZrHfVal

8、loyswereinvestigated.Theywerepreparedbyarc-meltinginawater-cooledcoppercrucibleundertheprotectionofargonatmosphere.Thephaseandcompositionoftheas-castandannealedalloyswerecha