带热浸铝涂层MANETⅡ马氏体钢的氢渗透性能研究

在 3 0 0～ 45 0℃温度范围内 ,分别在氢气相和液态铅锂合金相中 ,开展了带热浸铝涂层MANETⅡ马氏体钢的氢渗透性能研究。结果表明 ,实验所得到的氢渗透率减低因子 (PRF) ,在气相中为 62 0～2 63 ,在液态铅锂合金相中为 45～ 3 0。但仍然没有满足DEMO聚变堆的设计要求。涂层的自修复效应在 40 0℃以上是明显和有效的。从渗透通量与样品上游氢压的关系来看 ,涂层使得表面效应对渗透过程的影响很大。在上游小流量及在液态铅锂合金中鼓泡充氢可以导致渗透通量升高。扫描电镜和能谱分析 (SEM EDS)的结果表明 ,样品表面被液态铅锂合金所浸润的部分出现微裂纹 ,而未浸润部分没有出现微裂纹。微裂纹很肤浅 ,仅仅影响涂层的最外表面薄层 ,没有贯穿整个渗铝层而到达基体。未浸润表面的Al O原子比约为 2 3 ,浸润表面约为 1 1 ,表明液态铅锂合金对渗铝层表面的Al2 O3 薄层造成了损伤。总的看来 ,造成氢渗透阻挡层性能退化的原因 ,是涂层外表面与液态铅锂合金相互作用 ,以及涂层在升。

Nb90W5M5三元固溶体合金的结构和氢渗透性能

合金化是改善Nb金属氢脆问题的有效途径。本文制备了Nb90W5M5三元(M=Co,Ni,Mo,Ti)合金,利用XRD、SEM、PCT、电化学测试和三点弯曲试验研究其相结构、氢化物形成焓、氢扩散系数和机械力学性能。研究证实,Nb90W5M5(M=Co,Ni,Mo,Ti)均为Nb基固溶体结构(Nb-bcc),受原子半径的影响,Nb90W5M5三元合金均有不同程度的晶格畸变现象。Nb90W5Co5合金的晶胞体积畸变收缩明显、晶格点阵常数最小,在Nb基固溶体的晶界和晶内缺陷处有富Co的NbCo化合物固溶组织析出。Nb90W5Co5合金具有低的氢化物形成焓绝对值(-22.3 kJ/mol)、高的氢扩散系数(1.57×10-9 cm^2/s)、高临界载荷(78.4 N),表现出良好的抗弯力学性能和氢渗透性能,这与其多元掺杂导致的微观结构特征有关。

Nb-Ti-Fe渗氢合金成分优化设计和氢传输性能研究

目前,围绕ⅤB族金属(Nb、V和Ta)及其合金开发廉价和高渗氢性能的合金膜材料成为研究的热点。基于此,本工作围绕Nb-Ti-Fe渗氢合金体系,即Nb_(10)Ti_(50+x) Fe_(40-x)和和Nb_(15)Ti_(45+x) Fe_(40-x)(x=0,5,10)合金,开展了一系列研究。首先通过SEM、EDS和XRD等对其显微结构特征进行了表征,在此基础上,利用氢渗透测试仪和Devanathan-Stachurski型电解池测量上述合金的氢传输性能,如氢渗透、氢扩散和氢溶解性能,最后阐明了合金成分、组织、氢传输性能之间的本征关系。研究结果表明,六种Nb-Ti-Fe三元合金均具有双相结构特征,即由TiFe相和α-Nb相组成,尽管个别成分中含有少量的NbFe相。此外,上述合金中,随着Ti/Fe比率的升高(即x值↑),共晶相体积分数增大,相反,初生TiFe相含量减少,伴随上述变化,合金的氢渗透性能变好,但抗氢脆性能变差,上述结果进一步证实了组织中的初生TiFe相和共晶相起抗氢脆作用,而α-Nb固溶体相起渗氢作用。Nb_(10)Ti_(55) Fe_(35) 合金在673 K下具有最优的渗氢性能,即:其氢渗透系数为3.28×10^(-8) mol H_(2) m^(-1)·s^(-1)·Pa^(-1/2),是相同实验条件下纯Pd的2.1倍。上述结果还远高于文献报道中的Nb_(12)Ti_(52)Fe_(36)(2.9×10^(-8) mol H_(2) m^(-1)·s^(-1)·Pa^(-1/2))。本工作证实了成分优化设计可以很好地调控合金的显微组织结构,进而获取综合性能良好的Nb-Ti-Fe渗氢合金。

Nb_(55−x)V_(x)Ti_(25)Co_(20)合金的显微组织和氢传输性能

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。

V/Pd界面氢吸附扩散行为的第一性原理研究

采用钒/钯(V/Pd)金属复合膜渗氢是从混合气体中分离氢气的一种有效实用方法.为深入地了解催化Pd层与金属膜结合处的界面结构与吸氢/渗氢特性的关联性,进而提升合金膜提纯氢气的能力,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了V/Pd金属复合膜界面的氢吸附/扩散行为.研究结果表明:由于V/Pd界面的电荷密度随着V/Pd成键而增加,导致氢原子(H)溶解能随着接近界面而增大,在V/Pd界面附近具有最高的溶解能(0.567 eV).氢迁移能垒计算表明,与H沿V/Pd界面水平扩散的最大能垒(0.64 eV)相比,H垂直V/Pd界面能垒(0.56 eV)更小,因而H倾向于垂直V/Pd界面进行迁移,并由Pd层扩散到V基体一侧,因V/Pd界面处Pd层的氢溶解能(0.238 eV)高于V膜侧(-0.165 eV),H将在界面的V膜侧积累,易引起氢脆.V基体掺杂Pd/Fe的计算表明,与未掺杂的能垒(0.56 eV)相比,掺杂Pd/Fe可明显地降低界面扩散路径中的最大能垒(0.45 eV/0.54 eV),利于氢的渗透扩散,且掺杂界面能一定程度抑制V和催化Pd层的相互扩散,提高复合膜的结构稳定性.

平整对2.12mm热轧搪瓷钢组织和贮氢性能影响的模拟试验

试验搪瓷钢TC330(/%:0.066C,0.02Si,0.66Mn,0.008P,0.005S,0.029 Ti,0.032Al,0.002 0O,0.005 0N)的生产流程为KR铁水预脱硫-180 t BOF-LF.220 mm×995 mm板坯连铸-连轧,终轧840~900℃,卷取600~660℃。对2.12 mm热轧板试样进行0~5%工程应变的拉伸模拟平整试验,研究平整工程应变对TC330钢组织和贮氢性能的影响。结果表明,模拟的平整可增加热轧搪瓷钢中的贮氢陷阱,提高钢板的贮氢性能;随着工程应变量的增加,钢板的贮氢性能随之增加,当应变量为2%左右时,钢板的贮氢性能满足要求。

5B族(Nb,V和Ta)合金渗氢膜的研究进展

氢气是一种可持续发展的清洁能源载体,具有热值高、零污染等优点,近年来成为全球各国争相探索的焦点。传统氢制备技术(如天然气水蒸气重整制氢)制备的成品氢中均含有不同程度的杂质气体,因此,渗氢(或氢提纯)成为制取纯氢的一个重要环节。近30年,钯及其合金已被成功开发,但是其价格昂贵,亟待开发价格低廉且渗氢性能优异的新型金属膜材料。为了解决该问题,5B族金属(Nb、V和Ta)及其合金膜由于具有较低的价格和较高的渗氢性能而备受关注,各国学者对其开展了大量的研究工作。基于此,本文首先总结了上述合金膜近10年来的发展历程,并分别对各合金体系进行概括;其次,分析比较了上述合金膜的制备工艺,并结合其对合金渗氢性能的影响进行了阐述;最后,总结了影响上述合金膜氢渗透性能的关键因素,并展望其在未来氢分离研究中的发展趋势。

Pd_(71.5)Cu_(12)Si_(16.5)金属玻璃的氢相关性能（英文）

通过电弧熔炼、铜辊甩带的方法制备了Pd_(71.5)Cu_(12)Si_(16.5)金属玻璃的宽带样品。通过常规X射线衍射仪和短波长X射线应力分析仪的X射线衍射谱确定了样品的完全非晶态结构。在室温、100kPa压力条件下,对样品进行了多次的吸、放氢循环实验。经过10次以上的循环后,样品没有发生破坏,表现出良好的抗氢脆性能。通过气体直接渗透的方法进一步测试了Pd_(71.5)Cu_(12)Si_(16.5)金属玻璃及其同成分晶态合金的氢渗透性能。在金属玻璃的过冷液相区温度范围内,其氢渗透率明显高于晶态相,这一结果由金属玻璃在该区间内的等温保持引入了更多的自由体积进行解释。

Fe对Nb44Ti28Ni28氢分离合金组织与渗氢性能的影响

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。