金属储氢材料研究概况

综述了氢存储研究的重要性和国内外当前金属储氢材料的研究状况，对稀土系、Laves相系、镁系和钛系4大系列及金属配位氢化物系储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细的介绍，并对未来金属储氢材料的研究工作进行了展望。金属储氢材料可用于电能、机械能、热能和化学能的转换和储存，具有广阔的应用前景。然而到目前为止，那些在室温下容易释放氢的金属氢化物，其可逆吸氢量不超过2％，无法满足实际要求。因此，新型储氢材料的开发任重而道远。     

金属氢化物氢压缩器用Ti-Mn／Ti-Cr多元储氢合金

根据金属氢化物的热力学特性，储氢合金可应用于热驱动化学氢压缩器。针对热驱动化学氢压缩器用储氢合金的要求，系统研究了Ti-Mn系和Ti-Cr系多元储氢合金的储氢性能，研究了Cr／Mn比，Fe部分取代Cr，Zr部分取代Ti以及A侧过化学计量对Ti-Mn系和Ti-Cr系多元储氢合金的储氢容量、吸放氢平台特性（包括压力、滞后和平台倾斜度等）、热力学性能、活化和动力学性能的影响，筛选出一对性能优良的储氢合金（Ti0.95Zr0.07）（Mn1.1Cr0.7V0.2）和（Ti0．95Zr0.07）（Cr1.4Mn0.4Fe0．1Cu0.1）分别作为两级热驱动化学氢压缩器的低压级和高压级合金。以此2合金设计制作了氢容量为50L的压缩器，以水作为热交换介质可将压力为2．5MPa氢气压缩到40MPa以上。     

稀土储氢材料研究的进展

总结了自1969年AB_5型稀土储氢材料问世以来,稀土储氢材料的进展。着重讨论了LaNi_5及其部分置换的金属间化合物La_(1-x)R_xNi_5、LaNi_(5-x)M_x(这里R代表稀土元素,M代表过渡金属元素)和它们相应的氢化物。扼要地总结了稀土氢化物的某些特性(稳定性、氢浓度)和这些化合物的其它特性(形成焓、晶胞体积、电子结构)之间关系的定性和定量模型。最后,指出了今后尚须继续努力的工作方向。     

光伏-PEM储氢系统建模与仿真

光伏发电存在间歇性的缺点,需要一个可持续的储能系统来满足需求。介绍光伏-PEM（质子交换膜）储氢系统,将电能转化为氢气储存,后期再通过PEM 燃料电池将氢气转化为电能。该系统包含光伏发电系统、PEM制氢电解槽以及燃料电池等,通过电解水产生氢气,氢气在高压下储存在压缩储罐中以备后用,后期系统有需要时,氢气将通过PEM燃料电池重新转化为电能。光伏发电系统的输出电流由PI控制器控制,以稳定电解槽的输入电流。对于光伏-PEM储氢系统,主要问题是对天气条件的依赖。通过系统建模来模拟光伏-PEM储氢系统的运行过程,评估与太阳能光伏输出电流相关的光照强度对氢气生产、氢气储存以及后期氢气再电气化的影响,为后续有助于缓解与太阳能、风力发电和其他间歇性发电相关的储能问题奠定基础。     

LiBH4／Mg复合氢化物的储氢性能研究

通过球磨LiBHdMg，使得镁的吸放氢性能得到明显改善。活化结果显示，在氩气气氛下，球磨1h的LiBHdMg混合物经250℃，60min处理后的吸氢量可以达到6．7％（质量分数，下同）。200℃，80min处理后的吸氢量可以达到3．0％。而纯镁粉在相同条件下几乎不吸氢。PCT结果显示，LiBH4也明显改善镁氢化后的放氢性能。     

LaNi_(3.5)合金的结构与储氢性能

采用电弧熔炼法合成LaNi3.5合金,在950℃、真空条件下对合金退火6和12h。用XRD、SEM、In-situ XRD、P-C Isotherm表征合金的形貌结构和储氢性能。结果表明,铸态LaNi3.5合金中除了存在Ce2Ni7相之外,还有一定量的其他相。热处理后合金更加均匀,Ce2Ni7相含量增加。60℃和3MPa条件下,LaNi3.5合金的吸氢量～0.35H/M,在第一次吸氢过程中,并未出现明显的两相平台。原位衍射测试结果表明,LaNi3.5合金吸氢后呈现明显的各相异性膨胀。     

掺杂镧系金属对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响

借助于XRD，TG-DSC等技术研究了掺杂镧系金属对氢化燃烧合成镁镍储氢合金合成条件及合金性能的影响。结果表明：掺杂镧系金属的试样在氢气压力为2．0MPa，600℃下保温2h可大量形成Mg2NiH4；氢气压力越大，形成Mg2NiH4越多；过高的合成温度和过长的保温时间极不利于Mg2NiH4的形成；镧系金属的掺入使Mg2NiH4晶胞发生了一定的畸变；掺杂镧系金属的Mg2NiH4放氢温度为271．7℃左右，比未掺杂的降低了110℃左右；掺杂镧系金属试样的总放氢量可达3．21％（质量分数，下同）；掺杂镧系金属的试样在300℃，0．1MPa下的放氢时间为7min～8min；活化可适当提高吸放氢量。     

过渡金属V、Ti及Y的添加对Mg-Al合金储氢性能的影响

采用热处理工艺并结合机械合金化制备Mg-Al合金,同时利用XRD、SEM以及吸放氢测试对其性能进行表征,研究过渡金属V、Ti及Y的添加对Mg-Al合金储氢性能的影响。结果表明:材料主要由Mg17Al12相组成,Mg17Al12的氢化产物为MgH2和Al,且该过程是可逆的,并在过渡金属的催化作用下,Mg-Al合金的综合储氢性能明显提高;Mg-Al合金的初始放氢温度为577 K,添加V、Ti以及Y后,合金材料的初始放氢温度分别下降了80、46和60 K。此外,Mg-Al合金材料脱氢反应的表观活化能为175.1 kJ/mol,掺杂V、Ti及Y后合金材料脱氢反应的表观活化能从175.1 kJ/mol分别下降到134.6、134.9和131.4 kJ/mol,进一步证实了过渡金属元素V、Ti以及Y的添加能有效提高材料的综合储氢性能。     

La1-xYxNi4.8Al0.2合金的储氢性能研究

本文系统地研究了Y元素对La1-xYxNi4.8Al0.2 (x=0.6,0.7,0.8)储氢合金的晶体结构、吸放氢热力学、动力学和抗粉化性能的影响.研究结果表明,合金为CaCu5型六方结构,随着Y含量的增加,晶格参数a和晶胞体积v减小,而c几乎不变,c/a线性增大.随着Y含量的增加,合金吸放氢平台压显著升高;吸氢量略有减少;吸放氢平台斜率变小;滞后系数先减小后略增大,并与XRD(111)峰的半高宽FWHM值的变化有着很好的对应关系;抗粉化性能略有提高.当Y含量x=0.7时,合金的吸放氢动力学综合性能最好.     

用于主轴热控制的水冷机设计

为了有效抑制机床主轴发热,降低主轴热对机床精度的影响,提出一种用于主轴热控制的水冷机设计方法。根据机床主轴内部热源分布特点,制定机床水冷机的总体设计方案,并开发各功能子模块,在对水冷过程进行功能分析的基础上,提出机床水冷机的控制原理与方法。实验研究表明:机床水冷机可使主轴温度降低30%,热平衡时间缩短45%。     

氢脆钛钯合金热处理消氢工艺研究

为了延长钛钯合金设备的使用寿命,对发生氢脆的钛钯合金进行了热处理消氢研究。分析了氢脆钛钯合金的DSC曲线、热处理消氢前后钛钯合金的金相组织、显微硬度和氢含量。结果表明:经过850℃、4 h热处理消氢,可以使得钛钯合金的含氢量从2100μg/g降低到65μg/g。     

正交实验法研究电沉积Mg-Ni储氢合金的制备工艺

采用正交实验法研究了电沉积制各Mg-Ni型储氢合金的工艺条件.结果表明,各因素影响合金放电比容量的次序为:温度>氯化镁含量>次磷酸钠含量>电流密度>柠檬酸钠含量.得到的最佳电沉积工艺为:氯化镁含量180 g/L,柠檬酸钠含量60 g/L,次磷酸钠含量70 g/L,氯化镍含量30 g/L,硼酸含量30 g/L,电流密度100 mg/cm2,温度45℃,pH 3～4.此时制备的合金放电比容量达到250 mAh/g,有较为明显的充放电平台,首次充放电即达到最大容量;但随着循环次数的增加,放电容量下降较快.XRD分析表明,电沉积得到非晶态的Mg2Ni+Ni合金.     

储氢镁合金的研制

主要介绍了镁基储氢合金的特性及其应用。并着重介绍了冶金法制备Mg-Ni储氢合金。通过加入催化剂镍、钝化剂锌来改变合金的充放氢的动力学性能和抗腐蚀性能，研制了三种放氢速度的合金。还介绍了机械合金法制备镁基储氢合金，指出了该法目前存在的问题。     

钛合金热处理工艺仿真研究进展

本文综述了近年来国内外关于钛合金热处理工艺的基础理论、数值模型与仿真应用的进展情况。对热处理过程中微观组织演化与力学本构建模基础研究近况进行分析,并对热处理工艺仿真在钛合金中的应用进行介绍,分析热处理仿真过程中所存在的难点,对未来发展方向提出了展望。     

钛合金K-TIG深熔焊热源开发与数值仿真

K-TIG是在传统TIG焊基础上,将焊接电流提高到300 A甚至更高并配合钨极冷却系统形成“匙孔”效应,最终实现大熔深的焊接工艺方法。K-TIG焊缝熔宽相对于等离子和激光焊接等焊接方法较宽,熔池体积较大。传统的热源模型不适合K-TIG焊热源分布特点,基于SYSWELD仿真平台和钛合金K-TIG焊接实验结果,开发钛合金K-TIG深熔焊数值仿真组合热源模型。结果表明,双椭球热源分配系数取0.75,作用深度取4 mm时,仿真熔池与实际接头横截面相符,正面熔宽为12 mm,且背部熔宽为5 mm。温度热循环曲线和残余应力有限元仿真结果与实验结果基本一致,验证了所建立的K-TIG热源模型的准确性。     

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。     

铝合金和镁合金除氢方法及进展

由于铝合金及镁合金熔体熔炼过程中的大量吸氢而会严重影响合金的组织和性能,因此去除铝合金及镁合金熔体中的氢是一个非常重要的问题.本文详细总结了铝合金以及镁合金中氢的去除方法,最后指出了未来铝合金及镁合金中除氢方法的发展方向.     

热处理对TbFeCr合金微波吸收性能的影响

采用电弧熔炼与高能球磨相结合的方法制备Tb9Fe88Cr3合金粉体,利用XRD、SEM和矢量网络分析仪分析粉体的微结构及微波吸收性能。研究发现进行微氧化处理的合金微粉在低频端吸波性能优于未处理的合金微粉。在微氧化处理基础上,进一步研究热处理温度对合金微波吸收性能影响,研究发现:当热处理温度在350℃时,吸收峰在7GHz处,其峰值达到–11.5dB,随着真空热处理温度升高,合金微粉吸收峰向低频移动,反射率增大;当热处理温度为450和550℃时,吸收峰频率与仅做微氧化处理合金的吸收频率相近,吸收峰值减小了2~3dB,低频端吸波性能得到进一步改善。     

激光热处理中的纳米氧化物吸收涂料

研制成功用于激光热处理增加对激光吸收的纳米氧化物涂料，经测试对CO2激光吸收率达93．57％或更高。     

TiFe_xCr_yMn_z系贮氢合金研究

研究了TiFe_xCr_yMn_z系合金在1.5MPa氢压下活化吸氢的贮氢特性,并对Cr,Mn改善活化性能的原因进行了讨论。结果表明,加入Cr,Mn后形成的第二相具有较高的活性,可作为吸氢择优途径,TiFe_xCr_yMn_z系合金是有希望的低压贮氢合金系列。