Zr替代Ti对Ti19.5V40Mn16.2Cr9.8Ni14.5合金的影响Ⅰ:结构及储氢性能

为改善Ti-V基固溶体型储氢合金的电化学性能,使用少量的Zr部分取代Ti19.5V40Mn16.2Cr9.8Ni14.5合金中的Ti,并采用XRD,SEM以及PCT等测试手段研究替代前后合金微观结构和储氢性能的变化情况.通过XRD和SEM分析表明,(Ti1-xZrx)19.5V40Mn16.2Cr9.8Ni14.5(x=0,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3)合金均是由Ti-V基BCC相和C14 Laves相组成.但Zr的部分替代明显增加了C14Laves相的含量,并使Ti-V基BCC相在减少的同时由树枝状变成了被C14Laves相包围的岛状.PCT曲线显示:随着Zr替代量的增加.合金的吸放氢平台不断下降,而合金的吸放氢量先有所增加后又逐渐减小.这说明适量提高C14 Laves相的含量对增加Ti-V基固溶体型储氢合金的吸放氢能力有一定的促进作用.     

（V30Ti35Cr25Fe10）97．5Si2．5合金的结构与吸放氢性能

采用XRD，SEM和PCT测试研究了（V30Ti35Cr25Fe10）97.5Si2.5（at％）合金的组织结构与吸放氢性能。结果表明：合金由BCC相和C14 Laves相组成，BCC相含量为75％，晶胞参数为α=0．3021nm，Laves相含量为25％，晶胞参数为α=0．4920nm和c=0．7996nm。由于含有大量的Laves相，合金具有良好的活化性能，室温下不需孕育期就可以快速吸氢，5min内达到吸氢饱和状态，饱和吸氢量达到2．98％（质量分数，下同）。在一定氢压下，合金的容量可由合金中BCC相和Laves相的容量按组分的含量进行线性组合而成。     

球磨改性处理对Ti0．9Zr0．1Mn1．5合金相结构及储氢性能的影响

系统研究了Ti0．9Zr0．1Mn1．5储氢合金经不同时间（t=0min，10min，30min，60min）球磨改性处理后对其相结构及储氢性能的影响。结构分析表明，Ti0．9Zr0．1Mn1．5合金在球磨改性处理前后均由单一的六方结构的C14型Laves相组成；随着球磨时间的延长，合金粉的平均粒度减小，并出现了部分团聚现象。储氢性能测试表明，铸态合金经4次吸放氢循环后活化，室温最大吸氢量和有效放氢量分别为209．3ml／g和157．6ml／g，放氢率为75．3％；随着球磨时间的延长，合金的活化性能得到改善，室温最大吸氢量和有效放氢量均先升后降，且都在球磨30min时达到相应最高值231．4ml／g和203．8ml／g，放氢率达到88．1％。由此可见，适当的球磨改性处理能有效地改善Ti0．9Zr0．1Mn1．5合金的综合储氢性能。     

Ti—Ⅴ基多相贮氢电极合金的电化学吸放氢机理研究

采用XRD的Rietveld全谱拟合技术以及利用储氢合金吸氢量与其体积膨胀成线形关系的原理，研究了Ti—Ⅴ基贮氢电极合金的电化学吸放氢机理．结果表明，铸态合金Ti0.8Zr0.2V1.867Mn0．373Cr0．56Ni0.7由C14型Laves相和Ⅴ基固溶体相构成在充电过程中，充电时间由3．33增至120min时，Laves相的晶胞体积膨胀率△Ⅴ／Ⅴ分别由0．301％增加到2．719％，而Ⅴ基固溶体相的△Ⅴ／Ⅴ由0．011％增至1．685％．在放电过程中，放电时间从0min增加到165min时，Laves相的△Ⅴ／Ⅴ从14．542％降到8．119％；而Ⅴ基固溶体相的△Ⅴ／Ⅴ从8．117％减小到6．248％．说明电化学吸氢时，氢首先被Laves相吸收，然后再扩散进入Ⅴ基固溶体；电化学放氢时，Ⅴ基固溶体中的氢首先扩散进入Laves相然旨再释放．因此，该合金中，Laves相既是吸氢相又是催化相，提高合金中Ⅴ基固溶体相的利用率，从而使Ti—Ⅴ基贮氢合金具有较好的综合电化学性能。     

Ti-V基多相贮氢电极合金的电化学吸放氢机理研究

采用XRD的Rietveld全谱拟合技术以及利用储氢合金吸氢量与其体积膨胀成线形关系的原理,研究了Ti-V基贮氢电极合金的电化学吸放氢机理.结果表明,铸态合金Ti0.8Zr0.2V1.867Mn0.373Cr0.56Ni0.7由C14型Laves相和V基固溶体相构成.在充电过程中,充电时间由3.33增至120 min时,Laves相的晶胞体积膨胀率ΔV/V分别由0.301％增加到2.719％,而V基同溶体相的ΔV/V由0.011％增至1.685％.在放电过程中,放电时间从0 min增加到165 min时,Layes相的ΔV/V从14.542％降到8.119％;而V基固溶体相的△V/V从8.117％减小到6.248％.说明电化学吸氢时,氢首先被Laves相吸收,然后再扩散进入V基固溶体;电化学放氢时, V基固溶体中的氢首先扩散进入Laves相然后再释放.因此,该合金中,Laves相既是吸氢相又是催化相,提高合金中V基固溶体相的利用率,从而使Ti-V基贮氢合金具有较好的综合电化学性能.     

Si元素对Ti基储氢合金电化学性能的影响

为了改善Ti基储氢合金的电化学性能，采用Si元素部分替代Mn元素的方法，分析研究了Ti基储氢合金Ti03Zr0．225V0.25Mn0．25-xNi0.5Six的相结构及电化学性能。结果表明，合金均由六方结构的C14型Laves主相和立方结构的TiNi第二相构成；随着Si元素替代量x的增大，合金的活化性能降低，而循环稳定性得到很大程度的改善。     

Ti基贮氢合金Ti0．3Zr0．225V0．25Mn0．3-xNi0．45＋x（x=0-0．25）的显微组织及电化学性能

为了改善Ti基贮氢合金的电化学性能，采用XRD，SEM及EDS分析了Ti0．3Zr0．225V0．25Mn0．3-xNi0．45＋x（x=，0．05，0．10，0．15，0．20，0．25）贮氢合金的相结构及相成分，并研究了合金的电化学性能。结果表明，合金均由六方结构的C14型Laves主相和立方结构的C15型Laves第二相构成；随着Ni替代量x的增大，合金的活化性能降低，而循环稳定性得到一定程度的改善。当Ni替代量x=0．05时，合金的放电容量达到最大，为426mAh／g，显示出很大的应用潜力.     

Ti1．0VxMn（2-x）（x=0．6～1．6）合金的微结构和储氢性能

系统研究了V替代Mn对Ti1．0VxMn（2-x）（x=0．6～1．6）合金的相结构及吸放氢性能的影响。研究结果表明：随着X的增加，合金由Laves和bcc两相结构逐渐变化到bcc单相结构，吸氢量也随之增加；当V含量增加到x≥1．2时，合金具有bcc单相结构，合金最大吸氢量达到3．5％（质量分数），但是由于缺少脆性的Laves相，合金的活化性能变差，饱和吸氢时间也有所延长；随着V含量的增加，合金主相bcc相晶胞体积增大，从而导致合金PCT曲线平台压力降低，滞后效应也逐渐增大，但平台趋向于平缓。     

元素Ti对贮氢合金ZrMn0．7V0．2CO0．1Ni1．2相结构和电化学性能的影响

研究了元素Ti对贮氢电极合金ZrMn0.7V0.2Co0.1Ni1.2的相结构、相组成以及电化学性能的影响。结果表明，对于合金Zr1-xTix(Mn0.7V0.2Co0.1Ni1.2)，其母体合金的主相为C15型Laves相，并含有少量的非Laves相Zr7M10；但随着掺Ti量的增加，合金中出现C14型Laves相，而且其含量逐渐增加；在x=0．1～0．2时，合金中还出现少量的TiNi相，而在x=0．4～0．5时，非Laves相Zr7M10和TiNi相全部消失，说明元素Ti大量的掺杂抑制了第二相的产生：而且随着Ti含量的增加，合金中的C15型和C14型Laves相的晶格常数逐渐减小。电化学测试结果发现，当含Ti量x=0．2时，合金有最大放电容量Cmax为354mAh／g，在放电电流为300mAh／g条件下，高倍率放电性能比母体合金提高了15％。     

Ti—Zr—Cr—V合金的储氢性能及其改进方法

目前,人们正在致力于改善一些合金的储氢能力,储氢合金“Laves相体心立方晶格固溶合金”比传统的金属间化合物能吸收更多的氢。韩国与日本的科研人员发现Ti-V基合金,其吸氢量很大。通过研究Ti0.33Cr0.47V0.20、Ti0.27Cr0.36V0.37和Ti0.20Cr0.25V0.55 三种合金,发现以锆部分代钛的良好效果,分别添加数量为5at%、10at%和15at%的锆,产生下列9种合金：样品成 分B-1B-2B-3B-4B-5B-6B-7B-8B-9Ti0.28Zr0.05Cr0.47V0.20Ti0.23Zr0.10Cr0.47V0.20Ti0.18Zr0.15Cr0.47V0.20Ti0.22Zr0.05Cr0.36V0.37Ti0.17Zr0.10Cr0.36V0.37Ti0.12…     

微结构对Zr0.7Ti0.3V2合金氢化过程的影响

采用SEM、EDS及XRD等分析手段研究Zr0.7Ti0.3V2合金的微观组织及相结构,通过定容法于673-823 K 测试合金的吸氢性能.结果表明:合金吸氢前主要由C15型ZrV2相、α-Zr及具有BCC结构的富V的固溶体相组成,吸氢后生成V16Zr8H36.29、ZrH1.801和VH2.01等3种氢化物;压力-组成-温度(PCT)曲线显示,合金吸氢曲线具有较宽且平坦的平台特征.BCC相改善了吸氢动力学性能,HCP相使吸氢PCT曲线平台宽化,合金的多相结构有助于改善其吸氢性能.     

Cu部分替代Mn对合金Ti0.3Zr0.225V0.25Mn0.20Ni0.55电化学性能的影响

为了改善Ti基储氢合金的电化学性能,采用Cu元素部分替代Mn元素的方法,分析研究了Ti基储氢合金Ti0.3Zr0.225V0.25Mn0.20-xNi0.55Cux的相结构及电化学性能.结果表明,合金均由六方结构的C14型Laves主相和立方结构的TiNi第二相构成;随着Cu元素替代量的增大,合金的活化性能降低,而循环稳定性得到很大程度的改善.     

熔体快淬Zr_(0.9)Ti_(0.1)V_(2.2)合金的微结构与储氢性能

为改善Zr-Ti-V系列Laves相合金的吸氢动力学性能,本研究设计成分为Zr0.9Ti0.1V2.2的非化学计量比合金并采用熔体快淬工艺制备合金薄带。研究合金快淬薄带的微观组织与相结构、吸氢动力学、吸放氢PCT特征及吸氢热力学参数。进而讨论非化学计量比合金中微结构与储氢性能之间的关系。结果表明,快淬薄带中合金主相为C15型Zr V2及V-bcc相,熔体快淬可消除铸态合金中的包晶反应残留相α-Zr。熔体快淬合金的吸氢动力学性能优异,但由于单胞体积收缩导致其吸氢量降低。     

铬替代锰对Ti0．8Zr0．2V1．6Mn0．8Ni0．6多相贮氢电极合金结构和电化学放电性能的影响

采用电化学测试技术、X射线衍射等技术研究了Ti0．8Zr0．2V1．6Mn0．8Ni0．6(0≤x≤0．64)贮氢电极合金的结构和电化学放电特性。研究表明：合金由C14 Laves相和BCC相构成;铬替代锰的量越多,枝晶组织越粗大。X射线衍射发现替代影响合金的晶格参数。合金的最大电化学放电容量为545mAh／g,电化学活化容易,但循环性能比较差。随着替代量增大,由于铬抑制了钛、锆和钒元素的表面迁移和氧化使合金的循环性能退化明显减轻,但同时因为替代使晶胞过大导致最大电化学放电容量有所降低。     

Ti-V-Fe系储氢合金的相结构及吸放氢特性

系统研究了Ti100-x-yVxFey（x=54，49，44；y=5，7．5，10）储氢合金的相结构及其吸放氢性能。XRD及SEM分析表明，Ti41V54Fes合金由体心立方（BCC）结构的固溶体主相和少量的α-Ti第二相组成；而Ti43．5V49Fe7．5和Ti46V44Fe10合金均为单一的BCC固溶体相。储氢性能测试表明，3种合金的动力学性能均很好，在室温和4MPa初始氢压条件下，无需氢化孕育期就能快速吸氢：经4次～5次吸放氢循环即能活化，仅2min～3min就能吸氢饱和达到最大吸氢量363．7ml／g-372．4ml／g；在300℃和0．1MPa放氢终压条件下，合金的放氢量在220．3ml／g-238．5ml／g之间。在所研究的合金中，Ti46V44Fe10合金的综合性能最佳，经4次吸放氢循环即活化，室温最大吸氢量可达372．4ml／g，放氢量达到238．5ml／g。     

TiMn1.25-5yCr0.25(V4Fe)y合金的储氢性能

通过V4Fe对Mn的替代，系统研究了储氢合金TiMn1．25—5yCr0．25(V4Fe)y，(y=0.002，0．04，0．06，0．08)的储氢性能。XRD结果显示：合金为C14型Laves相结构，合金的晶胞参数随着V4Fe量的增加而增大。PCT结果表明：适量的V4Fe替代Mn可增加合金的储氢量，降低平衡压和减少滞后。退火处理可使合金的相结构均匀化，进一步改善合金的储氢性能。TiMn0.95Cr0.25(V4Fe)0.06合金在1223K下退火处理6h后，最大和有效储氢量分别为2．0％和1．75％(质量分数)，且滞后效应小，适合于作为质子交换膜燃料电池的供氢源。     

金属氢化物氢压缩机用AB2型Ti- Mn基储氢合金研究

制备了AB2型Laves相Ti- Zr- Mn- Cr- V- Fe系列氢压缩材料,对于V- Fe、Mn/Cr比值和Zr含量对合金吸放氢平台特性和热力学性能的影响进行了研究,优化出具有优异综合储氢性能的氢压缩材料Ti0.9Zr0.1Mn1.4Cr0.35V0.2Fe0.05合金.该合金具有较低的吸放氢平台压力、较小的压...     

Ni对V55Ti20．5Cr18．1Fe6．4合金吸放氢性能的影响

研究了用Ni元素取代一定量V对V55Ti20．5Cr18．1Fe6．4合金结构与性能的影响。结果表明，随Ni含量的增加，合金有效吸氢量先增大后减小，放氢压力增大，合金吸氢动力学性能也是先有所改善，而后又变差。添加0．1at％Ni有利于改善基体合金V55Ti20．5Cr18．1Fe6．4的吸放氢性能。用Ni元素取代V引起的晶胞体积的变化、放氢平台压力的升高以及杂质相的出现，是影响合金有效吸氢量和吸氢动力学性能的主要因素。     

钛专利1则

研究了Ti0.8Zr0.2Mn2-xCrx(x=0.2,0.4,0.6,0.8和1.0）系、Ti0.9Zr0.2Mn1.8V0.2和Ti0.9ZrxMn1.8-yCryV0.2(x=0.1,0.15和0.2);y=0.2和0.4）系AB2型Ti-Mn基合金的储氢性能和晶体结构。结果表明：Zr元素对A侧Ti的部分置换和A侧过化学计量可显著提高合金的活性性能及吸放氢量。这些合金的主相均为C14型Laves相,其储氢量随点阵参数a,c和晶胞体积V的增加而提高,当a≥0.4894nm,c≥0.8040nm或V≥0.1668nm∧3时,储氢量可达到235ml/g以上。     

V-7.4Zr-7.4Ti-7.4Ni储氢合金的热力学研究

采用高纯Zr、V、Ti、Ni金属粉末为原料制备了V-7.4Zr-7.4Ti-7.4Ni合金,利用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对合金的显微组织结构进行分析,测试了不同温度下合金的放氢PCT曲线,并根据化学反应热力学公式对其热力学参数进行计算.研究发现:该合金为两相结构,主相为V基固溶体,第二相为Laves相:在室温和353 K时合金的放氢PCT曲线上有明显的压力平台,最大放氢量分别为3.11%和2.31%(质量分数).热力学计算发现:V基固溶体相为其主要吸放氢相,对放氢PCT曲线上平台的形成有显著的影响;合金放氢PCT曲线平台所对应的氢化物平衡反应温度为358.4 K.