挤压Mg-Y-Ni-Co合金的显微组织、加工性能及塑性变形行为

本工作通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和万能实验机对挤压Mg-2Y-0.5Ni-0.5Co(%,原子分数)合金的显微组织、加工性能和塑性变形行为进行了研究。挤压合金的显微组织主要由α-Mg、沿挤压方向分布的片层状和细小块状18R-LPSO相、MgY(Co,Ni)_(4)相以及晶粒内细条纹状的14H-LPSO相组成。拉伸测试结果显示,挤压合金具有良好的室温塑性,断裂延伸率均高于15%。随着温度的升高和应变速率的降低,合金的拉伸强度降低,而塑性增强。合金在300℃、1×10^(-3)s^(-1)和1×10^(-4)s^(-1)应变速率下断裂延伸率分别为117.87%和143.9%,具有准超塑性。通过构建的热加工图谱,优化出合金的稳定加工区间为温度275~300℃、应变速率10^(-4)~10^(-3)s^(-1)。挤压合金的变形行为随温度和应变速率的变化而改变,在低温(室温(RT)到200℃)和不同应变速率下,合金的变形机制以位错滑移为主;在高温(300℃)和低应变速率(1×10^(-4)s^(-1)和1×10^(-3)s^(-1))下,合金的变形机制为晶界滑移协调的位错滑移。

La-Y-Ni体系储氢合金的电化学性能的研究

主要研究了La_(0.5)Nd_(0.5)Y_(2)Ni_(9.5)Mn_(0.5)Al_(0.5)贮氢合金的结构及其电化学性能。使用真空电弧熔炼法制备合金,通过X射线衍射测试(XRD测试)测试其结构,用DC-5型电池测试仪测定合金的电化学性能。合金电极的放电容量最大可达到265.5 mAh·g^(-1)。由La_(0.5)Nd_(0.5)Y_(2)Ni_(9.5)Mn_(0.5)Al_(0.5)合金的循环关系曲线可以清楚地看出,当循环达到第60个周期时,此合金电极的电容量保持率S60仍能达到70.5%,这说明了此种储氢合金在303 K的温度下,有着良好的循环稳定性。储氢合金电极的高倍率性能随着温度的升高逐渐降低。高倍率放电性能在303 K时La_(0.5)Nd_(0.5)Y_(2)Ni_(9.5)Mn_(0.5)Al_(0.5)储氢合金的表现最为突出。尽管随着温度的升高,合金电极的高倍率放电性能在逐渐降低,但是减缓的程度也在逐渐降低。结果说明,La_(0.5)Nd_(0.5)Y_(2)Ni_(9.5)Mn_(0.5)Al_(0.5)合金具有较高的研究意义,在低成本La-Y-Ni系储氢合金成功应用并大量投入生产后,其应用前景将非常广阔。

二甲基亚砜溶剂中Y-Ni合金膜的制备

利用循环伏安法和恒电位电解法研究了室温下在二甲基亚砜溶剂 (DMSO)中Y Ni功能合金膜的电沉积制备。结果表明 ,在YCl3 (0 .10mol·L-1) NiCl2 (0 .10mol·L-1) DMSO溶液中 ,控制电位在 - 1.15～ - 2 .5 0V范围内进行恒电位电解 ,可得到有金属光泽、附着力强的银灰色非晶态Y Ni合金膜 ,厚度约为 1.4μm。Y Ni合金膜中Y的含量在 3.5 %～ 80 %范围内随阴极电位的负移而增加。

用机械合金化法制备Al-Y-Ni非晶合金

本文用热力学和动力学分析了Al—Y—Ni合金系在机械合金化过程中实现非晶转变的能力。用机械合金化方法成功地获得了Al—Y—Ni非晶合金粉末,其非晶属性由X射线衍射和热分析实验得到证实。并研究了球磨强度对Al—Y—Ni合金系球磨非晶转变的影响,发现强度过高不利于非晶转变。

DMSO中脉冲电沉积Y-Ni合金膜

采用脉冲电沉积技术 ,在室温下的含YCl3和NiCl2 的二甲基亚砜 (DMSO)溶液中 ,沉积出含稀土元素Y的Y Ni合金薄膜。研究了影响镀层性能的工艺参数 ,包括脉冲频率、占空比、电流效率及Y在镀层中的含量与电流密度的关系 ,用X射线分析仪确定镀层的物相组成 ,用扫描电镜及能谱仪分析了合金镀层的组成及形态。发现 ,随着电流密度增大 ,合金镀层中的稀土Y含量增高。Y Ni合金薄膜具有非晶态结构 。

退火温度对无镁La-Y-Ni系A_2B_7型合金相结构和电化学性能的影响

用XRD、SEM、EDS和电化学测试方法研究了退火温度对A_2B_7型La_(0.33)Y_(0.67)Ni_(3.25)Mn_(0.15)Al_(0.1)储氢合金微观组织和电化学性能的影响规律。结果表明,合金铸态组织由2H-Ce_2Ni_7、3R-Gd_2Co_7、CaCu_5和3R-Ce_5Co_(19)型相组成;随退火温度(850~950℃)升高,Ce_2Ni_7型主相丰度和晶胞体积逐渐增加,至950℃退火后,CaCu_5和Gd_2Co_7型相基本消失,主相Ce_2Ni_7型相丰度和晶胞体积均达到最大值;退火温度≥950℃时,Ce_2Ni_7型和Ce_5Co_(19)型相丰度分别又有所减少和增加。950℃退火合金具有较低的放氢平台压(1.92~8.70 k Pa)和较高的电化学放电容量(371 mAh/g),经100次充放电循环后其容量保持率S100达到89%。退火合金电极的HRD性能均得到不同程度的提高,其中950℃退火合金具有最佳的大电流放电性能(HRD900=83.4%)。氢在合金中的扩散是影响其高倍率放电性能的控制因素。

挤压Mg-Y-Ni-Co合金的显微组织和力学性能

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和万能试验机,研究了挤压Mg-2.19Y-0.66Ni-0.76Co(摩尔分数,%)合金板材的显微组织和力学性能。结果表明:铸态合金主要由α-Mg基体、晶内14H-LPSO相、分布在晶界的18R-LPSO、Mg Y(Co,Ni)_(4)及少量弥散的富Y相组成。均匀化过程中合金发生由晶界的18R-LPSO相向晶内的14H-LPSO相的相转变。挤压后合金发生动态再结晶,晶粒显著细化,并形成弱的基面织构,第二相碎化并沿挤压方向分布。拉伸测试结果显示,挤压合金表现出优异的强塑性匹配,其室温的屈服强度(σ_(TYS))、极限抗拉强度(σ_(UTS))和断裂伸长率(ε)分别为277.2 MPa、199.3 MPa和32.77%。该合金表现出良好的强度和塑性平衡(采用极限抗拉强度断裂伸长率的乘积值表达塑性:σ_(UTS)×ε=9.08 GPa·%),其室温下高的拉伸强度主要是由于晶粒细化和LPSO相强化,而良好的延展性主要归因于晶粒细化和织构弱化。

铝合金表面激光熔覆AI-Y-Ni合金涂层的组织与性能研究

通过对铝合金表面激光熔覆的工艺和材料配方的研究,在铝合金表面上制备了具有良好冶金结合的Al-Y-Ni合金层。应用扫描电镜、XRD衍射和显微硬度计分析了熔覆层组织和性能。结果表明,熔覆层内成分和硬度分布较为均匀,物相组成以Al、Al2Ni6Y3和Al3Ni2相为主。

稀土元素对R-Y-Ni系A_2B_7型无镁储氢合金微观结构和电化学性能的影响

采用真空电弧熔炼及退火处理制备R-Y-Ni系A_2B_7型R0.3Y0.7Ni3.25Mn0.15Al0.1(R=Y,La,Pr,Ce,Nd,Gd,Sm)储氢合金,系统研究稀土元素R对合金微观组织与结构、储氢和电化学性能的影响。XRD和SEM-EDS分析表明,合金退火组织由Ce2Ni7型主相、PuNi3型及少量Ca Cu5型相组成,Ce2Ni7型主相的晶格常数a、c及晶胞体积V均随稀土R原子半径的减小而依次降低。该合金均具有明显的吸放氢平台,常温下最大吸氢容量为1.17%~1.48%(w/w),吸氢平台压Peq为0.037~0.194 MPa。电化学分析表明,退火合金电极的电化学活化性能优良,R=La合金具有最高的放电容量(389.2 mAh·g-1)和较佳的容量保持率(充放电循环100次后的S100=85.7%),其中合金微观组织的不均匀性及稀土元素的电化学腐蚀是影响电极循环稳定性的主要原因。合金电极的高倍率放电性能(电流密度为900 m A·g-1)HRD900=71.05%~86.94%,其电极反应动力学控制步骤主要由氢原子在合金体相中的扩散速率所控制。

酰胺低温熔盐中Y-Ni合金薄膜的电化学制备

用恒电流电解法在乙酰胺－尿素－溴化钠熔体中电沉积出Ｙ的质量分数（ｗ（Ｙ））高达８７．５０％的Ｙ－Ｎｉ合金，在铜片上获得附着力强的合金薄膜．实验结果显示电沉积出的Ｙ－Ｎｉ合金中的。ｗ（Ｙ）随着电流密度增大而增大．在低电流密度获得的是带有金属光泽的银白色合金薄膜。

La-Y-Ni系A_(5)B_(19)型退火合金的相结构和电化学性能

采用真空电弧熔炼和热处理制备了A_(5)B_(19)型储氢合金La_(0.4)Y_(0.6)Ni_(3.52)Mn_(0.18)Al_(0.1),研究了退火温度(1173~1373 K)对合金La_(0.4)Y_(0.6)Ni_(3.52)Mn_(0.18)Al_(0.1)相结构和电化学性能的影响规律。结果表明,随退火温度增加,主相A5B19型(3R-Ce_(5)Co_(19)+2H-Pr_(5)Co_(19))相丰度逐渐增加至81%(质量分数),其中1273 K时3R-Ce_(5)Co_(19)型相丰度最高(57%,质量分数),进一步提高退火温度有利于合金形成2H-Pr_(5)Co_(19)型相。主相3R-Ce_(5)Co_(19)和2H-Pr_(5)Co_(19)型相的晶胞参数a、c及晶胞体积V随退火温度增加均呈逐渐增大趋势,但1373 K退火时其晶胞参数和体积均有所降低。电化学分析表明,随退火温度升高,合金电化学PCT曲线的放氢平台压有所增加;增加Ce_(5)Co_(19)型相丰度有利于改善合金电极的放电容量、倍率性能和循环稳定性;退火温度为1273 K时,合金的电化学性能最佳,其最大放电容量达到386.6 mA∙h/g;放电电流密度为900 mA/g时的高倍率性能ηHRD,900为76.7%,经循环100周后的容量保持率S_(100)=90.1%。氢原子在合金体相中的扩散是影响合金电极高倍率放电性能和动力学反应的控制步骤。

不同Mn含量对A_(2)B_(7)型La-Y-Ni储氢合金性能的影响

采用真空熔炼法制备了不同Mn含量的A_(2)B_(7)型LaY_(2)Ni_(10.2-x)Mn_(x)Al_(0.3)(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)储氢合金。通过物相性能测试、气态储氢性能测试和电化学充放电循环性能测试等方法,系统研究了B侧Mn元素部分替代Ni元素对合金相结构和性能的影响。结果表明:制备的合金为多相结构,其中,主相为Ce_(2)Ni_(7),副相为Gd_(2)Co_(7)、PuNi_(3)和LaNi_(5)。随着Mn含量的增加,Ce_(2)Ni_(7)相含量先增大后减小。当x=0.3时,LaY_(2)Ni_(9.9)Mn_(0.3)Al_(0.3)合金有最大吸氢量,为1.132%。经过150次充放电循环,x=0.3时,合金的容量保持率最高,为58.0%。

AMORPHOUS ALLOY Al-Y-Ni FORMED BY MECHANICAL ALLOYING

The amorphization transformation of Al-Y-Ni system by mechanical alloying was inves- tigated in both thermodynamic and kinetic aspects.The amorphous powder of Al-rich composition Al_(80)Y_(15)Ni_5 was formed after 70 h milling.The process of the amorphiza- tion was monitored by X-ray diffraction.The dependence of the amorphization on the milling intensity was also discussed.The results show that over milling with extra-high intensity has an unfavourable effect on amorphization of the system.

超晶格La-Mg/Y-Ni复合储氢合金晶体结构及性能研究进展

超晶格La-Mg/Y-Ni复合储氢合金具有放电容量大、能量密度高和成本低等优点,是一种重要的氢能存储和转换材料,目前主要用做镍氢电池负极材料和直接硼氢化物燃料电池阳极催化剂。La-Mg-Ni复合合金最初是在La-Ni基储氢合金的基础上,通过用部分Mg替代La而发展起来的。由于La-Mg-Ni复合合金中金属Mg熔点、沸点低,易挥发,导致采用常规熔炼法很难制备;同时合金中的Mg在碱性电解液中容易腐蚀、氧化,导致合金的循环稳定性差。为克服La-Mg-Ni复合合金制备困难和循环稳定性差等问题,研究者又在La-Ni基储氢合金的基础上,通过用部分Y替代La开发出了La-Y-Ni合金。La-Mg-Ni和La-Y-Ni复合合金具有非常相似的超晶格结构,均能表现出很好的储氢性能,均属于同一类新型超晶格结构储氢合金。本文对La-Mg/Y-Ni储氢合金近20多年的研究成果进行了梳理。本文首先介绍超晶格La-Mg-Ni和La-Y-Ni复合合金的相结构组成及相结构的演变规律,同时分析了Mg元素和Y元素部分替代La元素分别对La-Mg/Y-Ni合金结构和性能的影响,然后讨论了La-Mg/Y-Ni复合合金中的相结构对合金性能的影响。最后,指出了超晶格La-Mg/Y-Ni复合储氢合金未来所面临的挑战和发展方向。

掺镁La-Y-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金结构和电化学性能研究

通过粉末冶金烧结方法制备A2B7型含镁La_(1.9-x)Y_(x)Mg_(0.1)Ni_(6.48)Mn_(0.32)Al_(0.2)(x=0~1.8)和无镁La_(0.8)Y_(1.2)Ni_(6.48)Mn_(0.32)Al_(0.2)合金,研究了掺杂Mg条件下Y元素对合金物相组成、晶体结构和电化学性能的影响规律和协同作用。结果表明,适量增加Y含量有助于含Mg合金形成2H-Ce_(2)Ni_(7)型相单相组织,Mg与Y原子优先占据2H-Ce_(2)Ni_(7)型主相中的[A_(2)B_(4)]结构单元,随Y含量x增加,2H-Ce_(2)Ni_(7)型主相晶胞参数a,c,V_(cell)及[A_(2)B_(4)]与[AB_(5)]单元结构的体积差ΔV_(d)均逐渐减小,但无镁及含镁x=1.8合金的2H-Ce_(2)Ni_(7)型主相具有相对较高的V_(cell)和ΔV_(d)值。合金的放氢PCT曲线特征和电化学性能与掺Mg,Y含量及ΔV_(d)关系密切,含镁合金的电化学性能优于无镁合金,其中含镁x=1.0~1.2合金具有较小的ΔV_(d)和最佳的电化学性能,该电极放电容量达到最大值375 m Ah·g^(-1),经100周充放电循环后的容量保持率S100为91%,放电电流密度为900 mA·g^(-1)时的高倍率放电性能HRD_(900)为80%。通过掺Mg和优化Y含量可明显改善La-Y-Ni系A_(2)B_(7)型合金的电化学性能。

不同化学计量比La-Y-Ni系储氢合金的研究Ⅰ:表面状态与组织结构

为了研究不同化学计量比La-Y-Ni系储氢合金的表面状态与组织结构,利用电子探针(EPMA)、X射线光电子能谱仪(XPS)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)测试了化学计量比B/A值分别为3.0、3.5、3.58、3.67、3.8的五个合金样品的表面形貌、表面元素分布状态、组成相和本体元素分布状态。实验结果表明,非化学计量比的AB3.58、AB3.67合金的结晶状态相对较好,而且均由A2B7型(Ce2Ni7和Gd2Co7)相组成;化学计量比的AB3合金为AB3型单相(LaY2Ni9)组织,AB3.5合金由A2B7型和AB3型相组成,AB3.8合金由A2B7型和A5B19型(Ce5Co19)相组成;AB3.58、AB3.67、AB3.8合金的元素分布均匀。

熔盐电解法制备Y-Ni合金的研究

以LiF-YF3二元熔盐体系为电解质,以镍棒为阴极,以Y2O3为原料,使用自耗阴极电解法制备了成分稳定的Y-Ni合金。同时,考察了电解温度和阴极电流密度对合金成分、电流效率的影响,并对电解产品进行了XRD、SEM-EDS表征。结果表明,在实验条件下,可以生产Y含量为48%~50%(质量分数)的Y-Ni合金,电流效率可达到85%以上,合金相以YNi和YNi2为主,且成分均匀。

不同化学计量比La-Y-Ni系储氢合金的研究Ⅱ:氢化反应与电极反应特性

为了了解不同化学计量比La-Y-Ni系储氢合金的氢化反应与电极反应特性,利用Sieverts装置、电化学测试装置测试了化学计量比B/A值分别为3.0、3.5、3.58、3.67、3.8五个合金样品的PCT曲线、充/放电循环曲线、放电动力学特性。实验结果表明,该系列合金的平台压力均小于0.1 MPa,多次氢化/脱氢循环后呈现非晶化趋势,平台压力有所升高;该系列合金容易活化,AB_(3.5)合金具有386.5 mAh·g^(-1)最大放电容量,AB_(3.5)、AB_(3.58)、AB_(3.67)合金表现出良好的电化学动力学特性。

La-Y-Ni系储氢合金材料的研究进展

作为镍氢电池负极材料的储氢合金是制约镍氢电池能量密度的关键之一,为了提高镍氢电池的能量密度,科研工作者开发出了具有超晶格结构的La-Mg-Ni系高容量型储氢合金。但是在制备该类型合金时存在组分难以控制、工艺过程复杂以及安全隐患等问题。近年来,La-Y-Ni系储氢合金材料由于其容量高且易制备而受到了人们的广泛关注。本文总结并分析了La-Y-Ni储氢合金材料的组织结构、电化学性能以及PCT平台特性,探讨了存在的问题,并对下一步的工作方向进行了展望。

Mn, Al元素替代对A2B7型La-Y-Ni储氢合金的影响

采用高频感应熔炼法制备了A2B7型LaY2Ni10.5-x(MnAl)x, LaY2Ni10.5-0.8xMn0.5xAl0.3x, LaY2Ni10.5-0.6xMn0.5xAl0.1x(x=2.0, 1.5, 1.0)储氢合金,在Ar气氛和925℃下对铸态合金进行退火处理,通过X射线衍射(XRD)和电化学测试等分析方法系统研究了Mn, Al部分替代Ni元素对合金相结构和电化学性能的影响。研究结果表明:合金由Ce2Ni7相、 Gd2Co7相、 LaNi5相、 PuNi3相和Ce5Co19相组成,随着Mn, Al替代量的降低,合金中的Gd2Co7相含量减少至消失, Ce2Ni7相含量增加,各相晶胞体积减小。电化学P-C-T曲线显示不同吸氢态造成的双平台现象,随着Mn, Al替代量的降低,合金吸放氢坪台压升高,平台区域变宽。电化学性能测试表明,随着Mn, Al替代量的减少,合金的最大放电容量,倍率性能和循环性能明显提高。合金高倍率性能的提升主要与合金中Gd2Co7相含量降低和Ce2Ni7相的增加有关。