Nb-Pd-Ti-Co氢分离合金微观组织与氢传输性能

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1、硕士学位论文Nb-Pd-Ti-Co氢分离合金微观组织与氢传输性能MICROSTRUCTUREANDHYDROGENTRANSPORTPROPERTIESOFNb-Pd-Ti-CoHYDROGENPERMEABLEALLOYS杨宇昕哈尔滨工业大学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Nb-Pd-Ti-Co氢分离合金微观组织与氢传输性能硕士研究生：杨宇昕导师：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：2018年06月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.4U.D.C:669.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMICROSTRUCTUREANDHYDROGENTRANSPORTPROPERTIESOFNb-Pd-Ti-CoHYDROGENPERMEABLEALLOYSCandidate：YangYuxinSupervisor：Asso.Prof.LiXinzhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：M

3、aterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要研究表明Nb-Ti-Co氢分离合金具有高氢渗透性能，但由于共晶组织高氢溶解度导致合金抗氢脆性能不足，且由于高温氢渗透过程中合金表面Pd催化膜与基体发生互扩散，导致氢渗透性能衰退，故本文通过加入P

4、d来调控共晶结构进而提高合金氢传输性能。本文运用元素置换法，用元素Pd置换Nb-Ti-Co中等比例的Ti和Co，形成Nb-Pd-Ti-Co新型氢分离合金，研究元素Pd对合金微观组织和氢传输性能的影响规律，得到同时具有优异氢渗透性能、优异抗氢脆性能以及良好高温持久氢渗透性的氢分离合金。对Nb30PdxTi35-x/2Co35-x/2(x=0,5,10,15,20)合金的XRD、SEM和EDS结果分析表明，当加入的Pd量x≤10时，合金物相主要由bcc-Nb相和B2-TiCo相组成，组织仍然保持全共晶的结构，加入的元素Pd主要固溶于B2-TiC

5、o相中，仅有少量固溶于bcc-Nb相中，其对微观组织的主要影响是使共晶中两相层片间距变大和晶界处的bcc-Nb相和B2-TiCo相发生粗化。当Pd加入量x=15时，组织组成为初生B2-TiCo相加共晶相，且随着Pd的继续加入初生B2-TiCo相逐渐增多。对全共晶Nb30PdxTi35-x/2Co35-x/2(x=0,5,10)合金进行氢溶解测试，发现元素Pd置换Ti和Co能较大幅度地降低合金的氢溶解度，即Pd能有效降低共晶组织的氢溶解度。对全共晶合金进行氢渗透测试，发现元素Pd置换Ti和Co后会降低合金的渗透性能，且随着Pd元素添加量的增多

6、，氢渗透性能降低幅度越大。根据计算合金扩散系数，Pd逐渐置换合金中的Ti、Co后，合金的氢扩散系数先降低后增加，这是合金本征扩散系数和热力学因子综合作用的结果。全共晶Nb30PdxTi35-x/2Co35-x/2(x=0,5,10)三个合金在缓冷过程中没有发生氢脆，但相比与Nb30Ti35Co35合金，加入Pd后形成的合金表现出更优异的抗氢脆性能，即Pd的加入能进一步提高合金的抗氢脆性能。在6小时高温氢渗透实验后，Nb30Ti35Co35氢渗透系数降低了73.31%，而Nb30Pd10Ti30Co30仅降低了38.72%，Pd的加入能有效的

7、降低高温氢渗透过程中基体与Pd膜之间的互扩散，显著提高了全共晶合金的高温持久氢渗透性。进一步探究加入Pd对亚共晶氢分离合金的微观组织和氢传输性能的影响发现，亚共晶Nb52PdxTi25-25x/48Co23-23x/48(x=0,5,10)合金组织仍初生Nb相加共晶相组成，加入的Pd对初生bcc-Nb相没有影响，但对共晶晶界处的Bcc-Nb相和B2-TiCo相发生粗化，而且Pd加入量x=5，Pd主要固溶于共晶组织中，-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文初生Nb相中几乎没有，当Pd加入量x=10时，固溶于初生Nb相中的Pd增多。氢溶解测试表明

8、，Pd的加入能降低Nb52Ti25Ni23合金的氢溶解度。氢渗透和抗氢脆性能测试表明，Nb52Pd5Ti22.4Co20.6合金的氢渗透性能与Nb52Ti25Ni23合金相比仅发