Nb-Ti-Co氢分离合金的显微组织和耐腐蚀性能

目前,传统商业用氢分离合金Pd膜资源稀缺且价格昂贵,亟待开发新型氢分离合金膜,Nb-Ti-Co合金可以很好地满足上述要求.不过,上述合金膜过滤的混合气体中常常混有少量的酸性气体,如CO2、H2 S和HCl等,对合金膜造成不同程度的腐蚀.到目前为止,关于氢分离合金膜耐腐蚀性能的研究鲜有报道,合金组织和耐腐蚀性能之间的关系尚未建立.基于此,本工作针对Nb-Ti-Co氢分离合金的显微组织和耐腐蚀性能开展了一系列研究,首先利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等设备研究了合金显微组织结构,得出其与合金成分之间的本征关系;其次,通过一系列电化学实验测量了上述合金膜的耐腐蚀性能,阐明了其随合金成分和组织(或相结构)变化的变化规律;最后,利用X射线电子能谱(XPS)等设备分析了合金腐蚀后表面元素的价态变化,提出了Nb-Ti-Co合金的耐腐蚀机理.结果表明:除Nb30 Ti35 Co35合金之外,其他合金均由初生α-Nb相和共晶相(α-Nb+TiCo)构成,并且,前者体积分数随着Nb含量和Ti/Co比率的增加而增加,后者随之降低;伴随上述变化,腐蚀电流(I_corr)逐渐增加,相反,腐蚀电压(E_corr)逐渐减小,上述二者与初生Nb相体积分数之间的关系分别为:E_corr=-0.25259-1.30818×10-4 eVbcc-Nb/-11.01588和I_corr=2.10147+3.51536×10-5 eVbcc-Nb/-3.94597.另外,腐蚀后Nb、Ti和Co元素易于在合金表面富集并生成Nb2O5、TiO2和CoO氧化层,并伴随着氧化还原、析氢和复分解反应,促进腐蚀的进一步发生,上述反应过程首次揭示了高Nb含量合金耐腐蚀性能相对较弱的根本原因.

Microstructure and Corrosion Resistance of Nb-Ti-Co Hydrogen Separation Alloy