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Nb-Ti-Co氢分离合金的显微组织和耐腐蚀性能 被引量:1
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作者 狄翀博 王金华 +5 位作者 闫二虎 王星粤 陈运灿 贾丽敏 徐芬 孙立贤 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第18期18109-18115,共7页
目前,传统商业用氢分离合金Pd膜资源稀缺且价格昂贵,亟待开发新型氢分离合金膜,Nb-Ti-Co合金可以很好地满足上述要求。不过,上述合金膜过滤的混合气体中常常混有少量的酸性气体,如CO_(2)、H_(2)S和HCl等,对合金膜造成不同程度的腐蚀。... 目前,传统商业用氢分离合金Pd膜资源稀缺且价格昂贵,亟待开发新型氢分离合金膜,Nb-Ti-Co合金可以很好地满足上述要求。不过,上述合金膜过滤的混合气体中常常混有少量的酸性气体,如CO_(2)、H_(2)S和HCl等,对合金膜造成不同程度的腐蚀。到目前为止,关于氢分离合金膜耐腐蚀性能的研究鲜有报道,合金组织和耐腐蚀性能之间的关系尚未建立。基于此,本工作针对Nb-Ti-Co氢分离合金的显微组织和耐腐蚀性能开展了一系列研究,首先利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等设备研究了合金显微组织结构,得出其与合金成分之间的本征关系;其次,通过一系列电化学实验测量了上述合金膜的耐腐蚀性能,阐明了其随合金成分和组织(或相结构)变化的变化规律;最后,利用X射线电子能谱(XPS)等设备分析了合金腐蚀后表面元素的价态变化,提出了Nb-Ti-Co合金的耐腐蚀机理。结果表明:除Nb_(30)Ti_(35)Co_(35)合金之外,其他合金均由初生α-Nb相和共晶相(α-Nb+TiCo)构成,并且,前者体积分数随着Nb含量和Ti/Co比率的增加而增加,后者随之降低;伴随上述变化,腐蚀电流(I_corr)逐渐增加,相反,腐蚀电压(E_(corr))逐渐减小,上述二者与初生Nb相体积分数之间的关系分别为:E_(corr)=-0.25259-1.30818×10^(-4)e^(V_(bcc-Nb)/-11.01588)和I_corr=2.10147+3.51536×10^(-5)e^(V_(bcc-Nb)/-3.94597)。另外,腐蚀后Nb、Ti和Co元素易于在合金表面富集并生成Nb_(2)O_5、TiO_(2)和CoO氧化层,并伴随着氧化还原、析氢和复分解反应,促进腐蚀的进一步发生,上述反应过程首次揭示了高Nb含量合金耐腐蚀性能相对较弱的根本原因。 展开更多
关键词 Nb-Ti-Co氢分离合金 显微组织 耐腐蚀性能
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V/Nb基合金氢分离膜的制备与性能研究进展
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作者 李自来 朱一凡 +1 位作者 杨波 史晓斌 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期8066-8074,共9页
目前,开发可再生能源已经成为全球可持续能源战略中的一个重要内容。氢能是世界上最清洁的能源,被认为是最有潜力的替代能源。目前工业制氢含有大量杂质,因此,氢的提纯是利用氢能不可或缺的一环。目前钯及其合金膜在氢分离上是最常见的... 目前,开发可再生能源已经成为全球可持续能源战略中的一个重要内容。氢能是世界上最清洁的能源,被认为是最有潜力的替代能源。目前工业制氢含有大量杂质,因此,氢的提纯是利用氢能不可或缺的一环。目前钯及其合金膜在氢分离上是最常见的材料,但它们过于昂贵和产量不足,我们需要去寻找新的性能优异的氢分离膜。研究发现V/Nb及其合金膜的氢渗透系数远大于Pd,且成本相比钯金属更为低廉,是替代Pd金属的最佳氢分离膜材料。目前对V/Nb基合金膜的研究已有许多,本文介绍了合金膜的透氢原理、氢分离膜的制备方法及其优缺点以及V/Nb基合金近年来的研究现状,并展望未来氢分离膜的研究发展趋势。 展开更多
关键词 氢分离合金 原理 制备方法 成分优化
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双相氢分离合金膜研究进展
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作者 朱一凡 李自来 +3 位作者 杨波 史晓斌 丁晓丽 李永涛 《稀有金属》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期999-1013,共15页
传统制氢成品往往含有不同程度的杂质气体,氢分离提纯已成为生产高纯氢的重要环节,膜分离技术具有环境友好、经济可行、适应性强等优点。从氢分离膜的种类、分离机制和制备方法出发,综述了双相氢分离合金膜研究进展,介绍了金属固溶体和... 传统制氢成品往往含有不同程度的杂质气体,氢分离提纯已成为生产高纯氢的重要环节,膜分离技术具有环境友好、经济可行、适应性强等优点。从氢分离膜的种类、分离机制和制备方法出发,综述了双相氢分离合金膜研究进展,介绍了金属固溶体和氧化物颗粒分别作为第二相类型的研究进展,接着引出双相氢分离合金膜的制备工艺,论述了普通铸造的特点、局限和进展,总结了定向凝固工艺对显微组织、透氢性能和抗氢脆性能的影响,在此基础上总结对比了常用氢分离纯金属以及不同工艺处理的双相合金氢渗透性能。最后指出,双相氢分离合金膜具有较高的催化性能、合理的渗氢性能和良好的耐久性能,具有很好的应用前景,发展潜力很大。通过进一步调整合金元素含量和控制相组成,可以获得综合性能优良的氢分离合金膜,有望成为未来分离提纯氢气的可靠材料。 展开更多
关键词 氢分离合金 双相合金 定向凝固
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氢分离合金冷轧成膜组织演变及透氢性能研究进展
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作者 杨波 陈修 +5 位作者 唐柏林 孟野 顾亦诚 史晓斌 江鹏 宋广生 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2612-2622,共11页
VB族难熔金属(Nb、V、Ta)与商用Pd相比,不但具有较高的氢渗透率而且价格低廉,成为备受青睐的新一代可替代Pd的新型氢分离膜材料。为了规模化制备高通量的氢分离合金膜,研究者们对铸锭合金先进行冷轧变形以获得大尺寸平面膜,然后通过退... VB族难熔金属(Nb、V、Ta)与商用Pd相比,不但具有较高的氢渗透率而且价格低廉,成为备受青睐的新一代可替代Pd的新型氢分离膜材料。为了规模化制备高通量的氢分离合金膜,研究者们对铸锭合金先进行冷轧变形以获得大尺寸平面膜,然后通过退火处理提高渗透率从而达到提升合金膜通量效率的目的。从合金的冷轧成形性、轧态及后续退火态组织演变以及透氢性能3方面的研究进展进行综述,分析了冷轧成膜的成分效应,阐述铸态、冷轧态和退火态的微观组织与渗透率的关系。讨论了通过轧制结合后续退火改善组织结构,进而开发高通量氢分离合金膜研究所面临的问题,最后对通过冷轧成膜及后续退火实现低成本可规模化制备低厚度、高渗透率氢分离合金膜的前景进行展望。 展开更多
关键词 氢分离合金 冷轧 退火 渗透率 高通量
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Fe对Nb44Ti28Ni28氢分离合金组织与渗氢性能的影响
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作者 李新中 张乐 +1 位作者 朱坤军 张锦研 《特种铸造及有色合金》 CAS 北大核心 2020年第12期1309-1313,共5页
采用电弧感应熔炼制备了Nb44Ti28Ni28-xFex(x=0,5,10,15,摩尔分数/%)合金,通过X射线衍射仪和扫描电镜(SEMQuanta 200FEG)对其显微组织进行研究。结果发现,x≤10时,Nb44Ti28Ni28-xFex合金组织由初生相和共晶体组成;x>10时,在亚共晶组... 采用电弧感应熔炼制备了Nb44Ti28Ni28-xFex(x=0,5,10,15,摩尔分数/%)合金,通过X射线衍射仪和扫描电镜(SEMQuanta 200FEG)对其显微组织进行研究。结果发现,x≤10时,Nb44Ti28Ni28-xFex合金组织由初生相和共晶体组成;x>10时,在亚共晶组织中将析出NbFe相。系统研究了Nb44Ti28Ni28-xFex(x=0,5,10)合金的氢溶解、氢渗透和氢扩散性能。结果发现,随Fe含量增加,氢溶解度略有降低,氢渗透性能则先增加后降低;温度在523~673K时,Nb44Ti28Ni23Fe5合金的氢渗透性能最佳,且673K时约为相同条件下Nb44Ti28Ni28合金的1.5倍,这主要得益于其氢本征扩散系数的大幅增加。 展开更多
关键词 Nb-Ti-Ni(Fe)氢分离合金 显微组织 溶解度 渗透性能 扩散系数
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Nb_(55−x)V_(x)Ti_(25)Co_(20)合金的显微组织和氢传输性能 被引量:2
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作者 陈运灿 闫二虎 +4 位作者 王金华 狄翀博 黄浩然 徐芬 孙立贤 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1299-1309,共11页
采用SEM和XRD等分析了Nb_(55−x)V_(x)Ti_(25)Co_(20)氢分离合金(x=0,…,25,%,摩尔分数)显微结构特征,研究其随V含量的变化规律;利用氢渗透性能测试仪和Devanathan-Stachurski型电解池测量上述合金的氢渗透和氢扩散性能,阐明合金成分、... 采用SEM和XRD等分析了Nb_(55−x)V_(x)Ti_(25)Co_(20)氢分离合金(x=0,…,25,%,摩尔分数)显微结构特征,研究其随V含量的变化规律;利用氢渗透性能测试仪和Devanathan-Stachurski型电解池测量上述合金的氢渗透和氢扩散性能,阐明合金成分、组织和性能参数之间的关系。结果表明:随V含量的逐渐增加,初生Nb相体积分数增加;相反地,两相共晶减少,当x>10(摩尔分数)时,由于大量(Nb,V,Ti)2Co相和微量V3Co相的析出,合金中由两相转变为四相组织;伴随上述过程,合金渗氢性能和抗氢脆性能先增加而后急剧降低,当x=10时,Nb45V10Ti25Co20在673 K具有最大的渗氢性能,即3.76×10^(−8) mol/(m·s·Pa1/2),是相同实验条件下Pd膜的2.4倍。另外,氢扩散系数随着x值的增加而增加,相反地,氢溶解度随之降低,由此证实前者是导致该系列合金氢渗透性能变化的主要原因。 展开更多
关键词 Nb_(55−x)V_(x)Ti_(25)Co_(20)氢分离合金 显微组织 渗透性能
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Analysis of H_2S Tolerance of Pd-Cu Alloy Hydrogen Separation Membranes
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作者 高会元 王岭 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第5期503-508,共6页
The presence of a limited amount of H2S in H2-rich feed adversely affects the Pd-Cu membrane permeation performance due to the sulphidization of the membrane surface. A theoretical model was proposed to predict the S-... The presence of a limited amount of H2S in H2-rich feed adversely affects the Pd-Cu membrane permeation performance due to the sulphidization of the membrane surface. A theoretical model was proposed to predict the S-tolerant performance of the Pd-Cu membranes in presence of H2S under the industrial water-gas-shift(WGS) reaction conditions. The ideas of surface coverage and competitive adsorption thermodynamics of H2S and H2 on Pd-Cu surface were introduced in the model. The surface sulphidization of the Pd-Cu membranes mainly depended on the pressure ratio of H2S to H2, temperature and S-adsorbed surface coverage, i.e., the occurrence of sulphidization on the surface was not directly related with the bulk compositions and structures [body centered cubic and face centered cubic(bcc or fcc)] of Pd-Cu alloy membranes because of the surface segregation phenomena. The resulting equilibrium equations for the H2S adsorption/sulphidization reactions were solved to calculate the pressure ratio of H2S to H2 over a wide range of temperatures. A validation of the model was performed through a comparison between lots of literature data and the model calculations over a rather broad range of operating conditions. An extremely good agreement was obtained in the different cases, and thus, the model can serve to guide the development of S-resistant Pd alloy membrane materials for hydrogen separation. 展开更多
关键词 surtace coverage Pd-Cu alloy membranes H2S tolerance theoretical model hydrogen separation
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