Ti-V基固溶体型储氢合金吸放氢性能的研究

Ti-V基固溶体型储氢合金由于较大的储氢量和良好的吸放氢动力学性能而被认为是最有希望成为燃料电池车用储氢材料之一。通常情况下，高V含量的Ti-V基合金的放氢平台压低于一个大气压。本文定义放氢曲线在1 atm压力处的储氢量与合金最大吸氢量的差值为合金的有效放氢量。按照这个定义，高V含量的Ti-V基合金的有效放氢量通常较低，而且高V含量导致合金成本偏高，不利于实用化。本文以提高合金有效放氢量、改善合金性能、降低合金成本为目的，通过合金化和退火热处理等方法，运用XRD、SEM、PCT等测试手段，对Ti-V基固溶体型储氢合金的吸放氢性能进行了研究。 调整Ti／Cr比值，xTi-18Mn-（50-x）Cr-32V （x=36，34，32，30，28）合金呈单相BCC结构，但由于Cr原子的小尺寸效应，合金的晶胞参数a和晶胞体积随Ti／Cr比值的减小而减小，合金放氢平台压上升，合金最大吸氢量减小。但放氢平台压的升高使合金的有效放氢量总体呈增大趋势，且合金PCT曲线的滞后系数降低，改善了合金性能。 用少量V4Fe取代34Ti-18Mn-16Cr-32V合金中的V能降低合金成本，并提高合金性能。随着V4Fe含量的添加，C14 Laves相被引入到BCC合金中。由于Fe的小尺寸效应和C14 Laves相的引入，34Ti-18Mn-16Cr-（32-5x）V-x（V4Fe）(x=0，2，3，4，5)合金的最大吸氢量逐步减小，合金放氢平台压逐步升高。合金有效放氢量先增大、后减小。从x=3到x=5时，合金的有效放氢量超过1.77 wt％，平台压适中，表现出良好的性能。更重要的是，随V4Fe的添加，从x=3到x=5，合金V含量分别下降到17 at％、12 at％和7 at％，大大降低了合金的成本。 研究表明：合金中BCC相晶粒（110）面法线方向上的晶粒尺度是影响合金放氢曲线平台斜率的重要因素之一。 对34Ti-18Mn-16Cr-17V-3（V4Fe）合金进行不同温度、不同时间的退火热处理。实验结果表明：经573K、673K、773K、873K保温2小时退火热处理后，合金呈现以BCC相为主、C14 Laves相为辅的两相结构，合金经过在773K下保温2小时退火热处理后的最大吸氢量和有效放氢量均达到最大，吸放氢性能最好；随保温温