W%2CPd合金化对Nb56Ti23Ni21合金微观组织与氢传输性能的影响

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1、硕士学位论文W,Pd合金化对Nb56Ti23Ni21合金微观组织与氢传输性能的影响THEINFLUENCEOFWANDPdALLOYINGONMICROSTRUCTUREANDHYDROGENTRANSPORTPROPERTIESOFNb56Ti23Ni21ALLOY张亦弛哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG114.4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W,Pd合金化对Nb56Ti23Ni21合金微观组织与氢传输性能的影响硕士研究生：张亦弛导师：李新

2、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月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG114.4U.D.C:669.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEINFLUENCEOFWANDPdALLOYINGONMICROSTRUCTUREANDHYDROGENTRANSPORTPROPERTIESOFNb56Ti23Ni21ALLOYCandidate：ZhangYic

3、hiSupervisor：Asso.Prof.LiXinzhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨

4、工业大学工学硕士学位论文摘要基于“多相组成，功能分担”开发的Nb56Ti23Ni21氢分离合金，具有非常优异的氢渗透性能，但抗氢脆性能不足。本文采用元素替代法，分别采用元素W和Pd取代部分Nb、元素W替换部分Nb，元素Pd替换部分TiNi、元素W替换部分Nb，元素Pd替换部分Ni三种方式进行元素替换，形成新型氢分离合金，研究其微观组织和氢传输性能，探究元素W和Pd对合金性能的影响规律，开发兼具高氢渗透性能和良好抗氢脆性能的渗氢材料。对W和Pd合金化的Nb56Ti23Ni21系列合金进行XRD、SE

5、M和EDS测试，结果表明，合金的主要相组成为bcc-Nb相和B2-TiNi相，铸态微观组织为典型亚共晶结构：初生bcc-Nb相加共晶相[bcc-Nb+B2-TiNi]。元素W主要固溶于初生bcc-Nb相中，元素Pd主要固溶于B2-TiNi相中。元素W的固溶导致初生Nb相的侧枝变得不发达，这主要是高熔点元素W的加入导致合金整体液相线温度升高，液相析出bcc-(Nb,W)可以在更高的温度下发生；另外，元素W的固溶使初生bcc-Nb枝晶产生成分不均匀的“晕圈”，且使共晶相中的bcc-Nb减少，B2-Ti

6、Ni含量增多。添加元素Pd使共晶由层片状向网状转变，呈现离异共晶甚至无共晶的形态。元素W和Pd共同作用使合金中出现脱溶组织。对W和Pd合金化的Nb56Ti23Ni21系列合金进行氢渗透测试，结果表明，合金的氢渗透流量J×L与压力ΔP0.5在高压段不符合Sieverts定律。元素W和Pd同时替换Nb的效果不好，并且添加元素W和Pd的量越多，合金的渗氢性能越差；元素W替换Nb、元素Pd替换TiNi或Ni获得的Nb56系列合金具有更好的氢渗透性能，氢渗透系数最高的为合金Nb51W5Ti23Ni16Pd5

7、。基础合金Nb56Ti23Ni21的抗氢脆性能较差，在220℃即发生破裂，而W和Pd合金化的Nb56Ti23Ni21系列合金的抗氢脆性能很好，缓冷过程中都未发生破裂。元素W和Pd的加入有效地提高了合金的抗氢脆性能。对W和Pd合金化的Nb56Ti23Ni21系列合金进行氢溶解测试，实验表明，元素W和Pd的加入能有效地降低合金的氢溶解度。以W和Pd替换部分Nb能降低合金的氢溶解，且添加元素含量越高对氢溶解度的降低程度越明显；以W替换部分Nb、Pd替换部分TiNi时也能降低合金氢溶解，降低的程度小于以W

8、和Pd替换部分Nb这种方式；以W替换部分Nb、Pd替换部分Ni时降低合金的氢溶解的量最少。523K~673K下，Nb41W7.5Pd7.5Ti23Ni21合金的氢溶解量最少，Nb51W5Ti23Ni16Pd5合金的氢溶解量最多，但均小于基础合金Nb56Ti23Ni21。-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文基于化学势驱动氢扩散模型，获得了W和Pd合金化Nb56Ti23Ni21的氢扩散性能，表明，添加元素W、Pd的合金指前因子B0都有不同程度的减小，W、Pd的含量越多，指前因子B0越小