V-Ni-M系滤氢合金微观结构与氢传输性能.pdf

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1、硕士学位论文V-Ni-M系滤氢合金微观结构与氢传输性能MICROSTRUCTUREANDHYDROGENTRANSPORTPROPERTIESOFV-Ni-MHYDROGENFILTRATIONALLOY陈梦鹤哈尔滨工业大学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V-Ni-M系滤氢合金微观结构与氢传输性能硕士研究生：陈梦鹤导师：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ClassifiedIndex:TG146.4U

2、.D.C:669.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMICROSTRUCTUREANDHYDROGENTRANSPORTPROPERTIESOFV-Ni-MHYDROGENFILTRATIONALLOYCandidate：ChenMengheSupervisor：Prof.GuoJingjieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci

3、enceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要V基滤氢合金因其具有优异的氢传输性能受到广泛的关注。其中V85Ni15合金具有优异的抗氢脆性能，但其氢渗透流量较低，在673K温度下氢渗透系数为2.17×10-8molH-1-1-0.52msPa。故本论文基于对合金氢渗透流量和抗氢脆性能两方面的匹配，以V85Ni15合金为基础，向合金中加入Al、Co、Cr、Cu、Fe几种元素，设计了V-Ni-M系(

4、A组V85M15与B组V85Ni10M5)总计10种成分的滤氢合金。研究合金元素的加入对V-Ni-M系合金的微观结构及氢溶解、扩散和渗透等传输性能的影响规律。V-Ni-M系合金的XRD及SEM测试结果表明，所有合金均是bcc-V相的单相固溶体结构，加入的Al、Co、Cr、Cu、Fe和Ni均固溶在bcc-V相中。从原子半径和电子结构两个方面分析，上述合金元素的加入均会导致bcc-V的晶格被压缩，衍射峰较纯V的衍射峰相比均向右偏移。其中A组合金中A1#合金V85(CoCrFeNi)15与A6#合金V85(Al0.5CoCrCuFeNi)15的衍射峰与V85Ni15合金最接近，A4

5、#合金V85(AlCoCrCuNi)15的衍射峰与纯V最接近。各合金的氢渗透实验表明，用Al、Co、Cr、Cu、Fe几种元素替代Ni元素会提高各合金的氢渗透性能。其中A组V85(CoCrFeNi)15、V85(AlCoCrFeNi)15、V85(AlCoCrCuNi)15、V85(Al0.5CoCrCuFeNi)15合金和B组V85Ni10(CoCrFe)5合金在673K下的氢渗透系数分别为2.91、2.27、4.42、3.92和2.41molH-1-1-0.52msPa。从合金的抗氢脆性能分析看，上述合金的抗氢脆性能略差于对比合金V85Ni15。但在实验温度（523K-67

6、3K）下，V85(CoCrFeNi)15和V85(Al0.5CoCrCuFeNi)15均展现出良好的氢渗透性能和抗氢脆性能。各合金的吸氢PCT曲线表明，合金的氢溶解量随着实验温度的升高而降低，随着氢气压力的升高而升高。在低氢气压力时，氢溶解速率较快，符合Siverts公式，通过对PCT曲线的拟合分析，得到各合金的氢溶解系数大小顺序如下：V85(Al0.5CoCrCuFeNi)15>V85(AlCoCrFeNi)15>V85(CoCrFeNi)15>V85Ni10(CoCrFe)5>V85Ni15。随着Ni含量的增加，合金的氢溶解系数逐渐降低，表明Ni的斥氢能力较强；Al的加入

7、使得合金的氢溶解系数增加，表明Al的斥氢能力较弱。其中V85(Al0.5CoCrCuFeNi)15合金在673K温度下的氢溶解系数是V85Ni15的1.77倍。从氢化学势角度对合金的氢传输行为进行研究，发现氢渗透流量和PCT因子间存在线性关系。通过拟合分析得到了氢原子的迁移速率、本征扩散系数及扩散激活能等参数。研究发现，随着温度的升高，氢原子的迁移速率越大，对I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文应的各合金的本征扩散系数越大。其中各合金本征扩散系数的大小顺序如下：V85(Al0.5CoCrCuFeNi)15>