元素y对pd-v-pd复合膜高温氢渗透性能的影响

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1、硕士学位论文元素Y对Pd-V-Pd复合膜高温氢渗透性能的影响INFLUENCEOFELEMENTYONHIGHTEMPERATUREOFHYDROGENPERMEATIONPROCESSOFPd-V-PdCOMPOSITEMEMBRANES刘京京哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG146.4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元素Y对Pd-V-Pd复合膜高温氢渗透性能的影响硕士研究生：刘京京导师：郭景杰教授申请学位：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：2018年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cla

2、ssifiedIndex:TG146.4U.D.C:669.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINFLUENCEOFELEMENTYONHIGHTEMPERATUREOFHYDROGENPERMEATIONPROCESSOFPd-V-PdCOMPOSITEMEMBRANESCandidate：LiuJingjingSupervisor：Prof.GuoJingjieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngine

3、eringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要V基合金具有高于纯Pd的氢渗透性能和成本低廉等优点，它是目前最具发展前景的氢分离合金之一，为了加快实现合金膜对氢分子的解离和氢原子的结合，需要在V基合金膜的表面涂覆一层很薄的Pd起催化作用。V基合金同时还存在一定问题，如V具有较高的氢溶解容易导致氢脆，其氢溶解可以通过合金化或者

4、提高工作温度来降低。研究发现V基合金膜在高于400℃的温度下工作时表面Pd膜与V基体之间会发生元素互扩散，导致氢渗透性能衰退。近年来研究表明，向V85Ni15合金中加入Y元素，可以有效的抑制Pd与V之间扩散。但是，Y元素不同添加量对合金性能的影响以及Y元素对其他合金性能影响都不清楚。因此本论文以V85Ni15合金和V90Fe5Al5合金为基础合金，向两种合金中加入不同含量Y元素，设计了铸态和退火态V85-xNi15Yx(x=0,0.2,0.8)合金和V90-xFe5Al5Yx(x=0,0.2,0.8)合金，探究不同含量Y对这两种合金微观组织及高温氢渗透性能的影响。对V85-x

5、Ni15Yx(x=0,0.2,0.8)合金和V90-xFe5Al5Yx(x=0,0.2,0.8)合金的XRD、EDS以及SEM结果分析表明，V85Ni15合金和V90Fe5Al5合金为单相固溶体组织；而加入微量Y元素后使两种合金都产生了不同含量的NiY和Y3Al2化合物，这是由于Y除了是一种强晶界偏析元素，它还是特别活泼的稀土元素，很容易与合金中的其他元素反应生成大分子化合物。对铸态和退火态V85-xNi15Yx(x=0,0.2,0.8)合金分别进行了高温（753K）长时间氢渗透测试和真空条件下的高温热处理实验，铸态和退火态V85Ni15合金的氢渗透流量随测试时间延长迅速下降

6、，而元素Y的加入在一定程度上提高了合金高温氢渗透稳定性能，其中V84.8Ni15Y0.2合金的稳定性能大于V84.2Ni15Y0.8合金的稳定性能，而退火态V84.8Ni15Y0.2合金的氢渗透量稳定性能优于相同条件下的铸态合金的氢渗透稳定性能；对热处理实验后的膜片分析，退火态V84.8Ni15Y0.2合金的表面相对干净，只有少量针孔和裂纹，线扫描结果显示该合金成分扩散到Pd膜表面的V最少。分析认为，当Y元素含量为0.2at%时，Y元素与V晶界之间的结合能大于Y元素与Ni元素之间的结合能，因此更多的Y元素偏析到了V晶界处，从而阻碍Pd与V之间的扩散，而当Y含量为0.8at%时

7、，Y元素与Ni元素之间的结合能大于与V晶界之间的结合能，所以Y元素虽然数量增多了，但偏析到V晶界处的Y含量反而少了；而退火处理后，Y含量为0.2%的合金中更多Y元素充分扩散到了V晶界处，使Pd膜保持良好，因此退火态V84.8Ni15Y0.2合金的高温氢渗透稳定性能最佳。I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文进一步探究了Y元素对V90Fe5Al5合金高温氢渗透稳定性能的影响，对铸态和退火态V90-xFe5Al5Yx(x=0,0.2,0.8)合金分别进行了高温氢渗透实验和高温热处理实验，与上述V-Ni系合金形成对