透氢钒基合金膜

目前工业上分离高纯氢气应用最多的是致密金属膜,尤其是钯银合金膜。钯、银属于贵金属,大规模应用成本高。钒基合金膜拥有比钯银合金膜更高的透氢率、机械强度和较低的成本,且氢脆抗力较纯钒得到很大提高,成为潜在的替代钯银合金膜的材料之一。本文综述了钒基合金膜材料的研究现状,催化层对透氢性能的影响以及钒基合金膜的制备方法,并对未来的发展趋势进行了展望。     

氕和氘在Pd-8％Y合金膜中的渗透性能研究

研究了氕和氘在Pd-8％Y（原子分数，下同）合金膜中的渗透性能，预测了一定条件下以该合金管为分离膜材料的钯合金膜分离器对氕和氘的分离性能。结果表明：在573K-873K，0．0SMPa-0．40MPa下，氕和氘的渗透通量与压力的平方根成正比，氕和氘的渗透率与温度之间满足阿伦尼乌斯公式；渗透通量与压力数据J=ФAmP^n/tm拟合时。n在0.66左右，表明对于装置所用厚度的钯合金膜。表面过程对氕和氘的渗透率有很大影响；在该温度和压力范围内，如果忽略同位素之间的相互作用，钯合金膜分离器对1：1的氕和氘的分离系数在1，45～1．76之间，分离系数随温度的增高而减小。     

渗氢用钯基膜的研究现状

介绍了渗氢用钯基膜的渗氢机理、影响因素以及制备技术的进展情况。重点阐述了钯基膜的种类及其各自的应用。钯膜的发展经历了从最初的纯钯膜、钯合金膜(主要为钯银、钯钇合金)到目前备受关注并具有良好应用前景的钯及钯基复合膜(如多孔陶瓷、多孔不锈钢基体等)。钯膜的合金化,不仅能提高膜的氢渗透率,而且更重要的是可以提高钯膜的抗氢脆能力,延长钯膜的寿命,扩展钯膜的适用范围。而钯复合膜的研究成功,在保证膜的机械稳定性的前提下,降低了钯膜的厚度及成本,并极大地提高了钯膜的氢渗透率。     

非晶合金透氢性能研究进展

由于在半导体工业及燃料电池等领域需要大量高纯度的氢气,因而必需对采用重整等工艺方法获得的含杂质气体的氢气进行纯化。采用金属膜对氢气进行分离是一种有效的氢纯化方法。非晶合金薄膜具有强度高、氢溶解度大、耐腐蚀、抗氢脆、成型工艺简单等特点。已有的研究表明,部分非晶合金膜的氢渗透系数已经达到甚至超过目前透氢性能最佳的Pd及其合金膜,而价格仅为其几十分之一,显示出良好的应用前景。本文综述了金属及非晶合金膜在氢渗透方面的研究现状,总结了氢与非晶合金相互作用的表现形式。最后对非晶合金膜在氢纯化方面的应用前景进行了展望。     

多层分步镀方法制备用于氢气分离的Pd-Ag 膜

用基于化学镀方法的钯银共沉积和分步沉积两种方法制备了PdAg膜。对比研究了两种方法制备的钯银膜的形貌、相结构、成分均匀性和致密性。实验结果表明共沉积法获得的钯银膜是树枝状的、成分不均匀、且致密性很差。分步沉积获得的钯银膜成分均匀、沿侧面生长趋势好,更适合制备超薄致密的用于氢气分离的钯银合金膜。多层分步镀形成Pd-Ag合金需要更高的温度和更长的时间热处理。Ag层的交替使得Pd的晶粒减小,并且最终沉沉积的膜表面更光滑。     

氢分离单相V基合金膜研究进展

Pd-Ag合金膜作为分离高纯H2的金属膜目前已经商业化应用,但由于Pd-Ag合金膜的材料成本高,限制其大规模应用。 单相V基合金膜拥有比钯银合金膜更高的H渗透率、机械强度和较低的成本,且氢脆抗力较纯V得到很大提高,塑性和H渗透率也比多相V基合金膜高,因此成为替代Pd-Ag合金膜的潜在材料之一。 本文综述了氢分离单相V基合金膜的研究进展,包括V基合金膜种类及H渗透性能、微观结构对H渗透性能的影响、合金膜失效机制等,并对氢分离单相V基合金膜未来的发展趋势进行了简单的展望。     

ZrCo合金表面化学镀Pd膜工艺研究

采用化学镀方法在氚处理材料ZrCo合金颗粒表面制备了一层较为均匀致密的Pd金属膜.采用扫描电镜技术对Pd膜的形貌进行了详细分析,研究了沉积温度、镀膜时间、镀液pH值和还原剂水合肼的添加量等参数对Pd膜特性的影响,从而优化出最佳的镀Pd膜工艺.     

氢渗透合金膜的研究现状及发展趋势

氢渗透合金膜是一种重要的氢气提纯材料。本文简要介绍了目前存在的几种氢渗透合金膜的研究进展和各自的优缺点,重点讨论了氢渗透合金膜的工作原理、氢渗透性能和制备方法;详细分析了影响氢渗透性能的关键因素,包括氢渗透系数、氢扩散系数、氢溶解系数和氢脆性,提出了通过改善氢渗透合金膜的微观结构以提高膜材料的抗氢脆性、提高氢渗透系数和扩散系数的方法,最后对合金膜的发展趋势进行了探讨。     

多层分步镀方法制备用于氢气分离的Pd-Ag膜（英文）

用基于化学镀方法的钯银共沉积和分步沉积2种方法制备了PdAg膜。对比研究了2种方法制备的钯银膜的形貌、相结构、成分均匀性和致密性。实验结果表明共沉积法获得的钯银膜是树枝状的,成分不均匀,且致密性很差。分步沉积获得的钯银膜成分均匀、沿侧面生长趋势好,更适合制备超薄致密的用于氢气分离的钯银合金膜。多层分步镀形成Pd-Ag合金需要更高的温度和更长时间的热处理。Ag层的交替使得Pd的晶粒减小,并且最终沉积的膜表面更光滑。     

石墨烯类材料在膜分离领域中的应用与研究

二维材料石墨烯具有超薄片层结构,其片层间隙尺寸可实现对特定物质的截留;同时,石墨烯具有极好的化学稳定性,能够作为表面防氧化保护层。近年来,利用石墨烯类材料改性分离膜的性能已成为该领域的研究热点。为探索石墨烯类材料在膜分离领域中的应用,对石墨烯的分类及其制备方法进行简要的概述,重点讨论了石墨烯改性在提高分离膜的通量、选择性、机械性能、热稳定性、耐氯性和抗污染性方面的机理。石墨烯类材料主要通过掺杂或表面沉积对分离膜进行改性,石墨烯类材料改性膜在脱盐、油水分离、染料脱色、有机物脱水、水溶液中脱除微量挥发性有机物、有机物-有机物分离和气体分离等领域均表现出优异的分离特性。石墨烯类材料片层内部及片层之间的空间可以为目标分离物提供传输通道,其表面基团和带电特性又增强了石墨烯改性膜与目标分离物之间的亲和作用,从而可以同时提高通量和选择性。调控石墨烯类材料自身的结构,改善其在高分子材料内的相容性,提高石墨改性膜的稳定性,是石墨烯类材料在膜分离领域未来的研究重点。     

Nb-Ni-Ti体系氢分离合金膜的结构和渗氢性能研究

开展了Nb-Ni-Ti体系氢分离合金膜的结构和渗氢性能研究。采用XRD、SEM分析膜片的相结构和组织特征,利用Devanathan-Stachurski双电解池法测定膜片的氢扩散系数,考察膜片厚度、成分和结构组织对其氢扩散系数的影响。实验结果表明:氢分离膜的氢扩散系数均随膜片厚度的增加而增大。制备的Nb-Ni-Ti体系合金膜都具有两相结构,即先析出相(bcc-Nb(Ni,Ti)固溶体)和共晶相(bcc-Nb(Ni,Ti)+β2-NiTi),个别成分点有少量的第三相NiTi2生成。膜片成分和组织结构对氢扩散系数影响显著,当合金中先析出固溶体相比例增加时,合金中的氢扩散系数也随着增大,而Ni,Ti含量的变化引起共晶相变化,NiTi相及NiTi2相都不同程度增加了共晶相的相比例而引起氢扩散系数的降低,但同时在结构上改善了合金在吸氢膨胀过程中发生的氢脆现象。氢在Nb-Ni-Ti体系氢分离膜中的扩散系数在10-9数量级范围。     

氢分离合金冷轧成膜组织演变及透氢性能研究进展

第VB族（Nb、V、Ta）难熔金属与商用Pd比不但具有较高的氢渗透率而且价格低廉，成为人们青睐的新一代可替代钯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合金膜通量效率提升的目的。本文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三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。讨论了通过轧态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，最后对冷轧成膜及后续退火是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。     

化学镀钯复合膜研究进展

化学镀是制备钯复合膜的主要方法。由于多孔载体固有的表面粗糙度,使得化学镀工艺存在顶膜易产生缺陷、金属沉积速度较慢、致密程度差,膜层不均匀、厚度不易控制、透氢性能差等缺点,影响了膜的致密性和分离效果。通过改进活化工艺和化学镀工艺可以获得较为理想的钯复合膜。近年来的研究表明,降低膜层厚度,保证膜层的致密性和均匀性,提高膜的渗透速率,仍是化学镀制备钯复合膜研究的重点。     

氢渗透引起金属膜的塑性形变

将板壳力学、弹塑性力学、热应力理论与金属-氢相互作用理论相结合,讨论了氢进入金属柱形薄膜后晶格膨胀产生的弹性应力、塑性应力和残余应力及这些应力对氢分布和输运、材料性质的影响.结果表明,塑性区中氢的扩散变慢,残余应力改变了样品局域的吸氢热力学性质;在充氢过程中,只有小的充氢流才可能避免材料的塑性损伤.该结果可为氢的提纯、同位素分离以及氢的贮存与输运等应用提供参考.     

Plasma Spray Physical Vapor Deposition of La1−x Sr x Co y Fe1−y O3−δ Thin-Film Oxygen Transport Membrane on Porous Metallic Supports

Plasma spray physical vapor deposition (PS-PVD) is a very promising route to manufacture ceramic coatings, combining the efficiency of thermal spray processes and characteristic features of thin PVD coatings. Recently, this technique has been investigated to effectively deposit dense thin films of perovskites particularly with the composition of La_0.58Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3?δ (LSCF) for application in gas separation membranes. Furthermore, asymmetric type of membranes with porous metallic supports has also attracted research attention due to the advantage of good mechanical properties suitable for use at high temperatures and high permeation rates. In this work, both approaches are combined to manufacture oxygen transport membranes made of gastight LSCF thin film by PS-PVD on porous NiCoCrAlY metallic supports. The deposition of homogenous dense thin film is challenged by the tendency of LSCF to decompose during thermal spray processes, irregular surface profile of the porous metallic substrate and crack and pore-formation in typical ceramic thermal spray coatings. Microstructure formation and coating build-up during PS-PVD as well as the annealing behavior at different temperatures of LSCF thin films were investigated. Finally, measurements of leak rates and oxygen permeation rates at elevated temperatures show promising results for the optimized membranes.     

Cr含量对氢分离合金V90-xTi10Crx(x=0,5,10,20)组织和性能的影响

单相V基合金膜具有比Pd合金膜更高的氢渗透率及较低的成本,在氢分离合金膜纯化领域有潜在的应用前景。通过增加Cr含量来探究斥氢元素Cr对单相V_90-xTi₁₀Cr_x(x=0, 5, 10, 20)(原子分数,%)合金氢溶解、氢渗透以及抗氢脆能力的影响。结果表明,Cr含量的增加降低了氢在V_90-xTi₁₀Cr_x合金中的氢溶解度以及氢扩散系数,从而降低了氢渗透率,但V_90-xTi₁₀Cr_x合金仍表现出优于Pd及Pd-Ag合金的氢渗透性能。另一方面,随着Cr含量的增加,V_90-xTi₁₀Cr_x合金破裂温度从184℃(x=5)降低到141℃(x=10),而x=20时,合金膜冷至室温仍保持完整性,表现出优异的抗氢脆性能。     

电塑性轧制V-Ti-Ni氢分离合金的组织与性能

包含富V相和共晶Ni-Ti化合物的多相V-Ti-Ni合金能够在氢渗透率与氢脆抗性之间达到较好的平衡,在氢气膜分离领域具有广阔的应用前景。但此类合金变形抗力大、易氧化、低温成形困难。本研究对多相V₆₀Ti₂₀Ni₂₀合金进行热处理+电塑性轧制以提高轧制成形性能与效率,降低合金膜制造成本,并利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪及维氏显微硬度计,研究轧制过程中脉冲电流密度对合金显微组织、轧制成形性能和显微硬度的影响规律。研究结果表明:电塑性轧制能够有效提高合金的轧制成形能力,其单道次轧制极限压下量达到13.3%,相较于热处理态合金冷轧成形的增幅达到155%。在电塑性轧制成形过程中,随着脉冲电流密度增加,合金组织变形更加均匀,组织的流变方向一致性较好,而合金的显微硬度随之下降,其原因主要是电致塑性效应在轧制过程中促进了位错运动,从而减少位错的缠结。