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.     

Nb-Ti-Co氢分离合金近共晶点处的显微组织及其渗氢性能

探寻了Nb-Ti-Co氢分离合金的共晶点成分并利用Bridgman定向凝固实验对其进行验证,研究了近共晶点处9种合金的显微组织、氢渗透性能及氢脆现象,并与贵金属Pd的氢渗透性能进行比较.结果表明,Nb-Ti-Co三元合金中完全由共晶Nb[Ti,Co)+TiCo相构成的合金成分为Nb_(31)Ti_(35)Co_(34);当Bridgman定向凝固实验的抽拉速率为5μm/s时,共晶组织中的2相呈现岀规则的共生生长.9种合金中完全由共晶相构成的合金在673.5 K具有最大的氢渗透系数2.7×10~(-8)mol/(m·s·Pa~(0.5)),是相同条件下Pd的氢渗透系数的1.72倍;Nb含量相同时,随着Ti/Co比值的降低,氢渗透系数逐渐减小.氢渗透过程中,合金膜内部的初生TiCo相作为裂纹源首先萌生裂纹,而后以此发生二次裂纹现象并逐渐向膜边缘扩展;当TiCo相体积分数小于5%时,共晶Nb(Ti,Co)+TiCo相抵消原有初生TiCo相上的裂纹源,使得合金膜具有良好的抗氢脆性能.     

Nb_(55−x)V_(x)Ti_(25)Co_(20)合金的显微组织和氢传输性能EI北大核心CSCD

采用SEM和XRD等分析了Nb_(55−x)V_(x)Ti_(25)Co_(20)氢分离合金(x=0,…,25,%,摩尔分数)显微结构特征,研究其随V含量的变化规律;利用氢渗透性能测试仪和Devanathan-Stachurski型电解池测量上述合金的氢渗透和氢扩散性能,阐明合金成分、组织和性能参数之间的关系。结果表明:随V含量的逐渐增加,初生Nb相体积分数增加;相反地,两相共晶减少,当x>10(摩尔分数)时,由于大量(Nb,V,Ti)2Co相和微量V3Co相的析出,合金中由两相转变为四相组织;伴随上述过程,合金渗氢性能和抗氢脆性能先增加而后急剧降低,当x=10时,Nb45V10Ti25Co20在673 K具有最大的渗氢性能,即3.76×10^(−8) mol/(m·s·Pa1/2),是相同实验条件下Pd膜的2.4倍。另外,氢扩散系数随着x值的增加而增加,相反地,氢溶解度随之降低,由此证实前者是导致该系列合金氢渗透性能变化的主要原因。     

Nb42Ti21Co37包共晶合金定向凝固组织演化规律研究

包共晶转变兼具共晶转变和包晶转变双重特征,存在于众多的工业合金中。然而,迄今为止尚未建立起相对完整的包共晶凝固理论模型,关于其凝固机理的相关研究较少。基于此,本文针对Nb42Ti21Co37包共晶合金开展了不同抽拉速度(V=1, 3, 5, 15, 30, 70 μm/s)下的定向凝固实验,旨在研究不同抽拉速度下合金的微观组织演化规律,并构建相应的凝固机制。研究结果表明：Nb42Ti21Co37包共晶合金常规铸态和定向凝固组织中均含有α-Nb、Co6Nb7和TiCo＋Co6Nb7包共晶相,随着抽拉速率的逐渐增加,初生相α-Nb依次经历了圆球状→花瓣状→团簇状→枝晶状的转变;伴随着上述过程,淬火界面经历了胞状界面到胞枝晶状界面的转变,并且,在抽拉速率V=70 μm/s时固/液界面消失;其次,定向凝固稳态生长区内包共晶的组织逐渐细化,其层间距与生长速率呈指数线性关系,即λ=-1＋5×e2.5;当抽拉速率低于5μm/s时,合金的定向凝固过程与平衡凝固相类似;另外,各相在稳定生长区的生长机制为共生生长,随着抽拉速率的增加,包共晶组织的定向排列性逐渐变差。     

Nb30Ti35Co35合金定向凝固组织演化和显微硬度研究

三元以及多元合金凝固过程中,多组元间相互耦合和溶质再分配造成其凝固路径及其组织异常复杂,到目前为止尚未建立起完整统一的三元共晶凝固理论模型,凝固组织和机械性能的本质关系亟待研究。基于此,针对Nb₃₀Ti₃₅Co₃₅共晶合金(实测Nb₃₁Ti₃₄Co₃₅)开展了不同抽拉速率(v=3,5,15,30,70μm·s^-1)下的定向凝固实验研究,测量其显微硬度(H),旨在探索不同抽拉速率下合金的微观组织演化规律,并构建组织和性能之间的关系。结果表明：除极少量初生α-Nb外,常规铸态合金几乎完全由共晶(α-Nb+TiCo)组织构成,相类似地,定向凝固合金组织中也含有相同的组织类型(少量的Ti₂Co除外),即初生α-Nb和共晶(α-Nb+TiCo)组织;随着抽拉速率的逐渐增加,初生相α-Nb依次经历了“圆球状→团簇状→枝晶状”的转变,稳态生长区内共晶组织逐渐粗化,共晶排列不规则且相间距明显变大,淬火界面失稳并依次经历胞状界面到...     

LiNH2-MgH2-LiH体系储氢性能及其机理研究

基于2LiNH_2-MgH_2二元体系,利用机械球磨法制备了3LiNH_2-MgH_2-2LiH三元体系,并研究了其放氢性能和机理。结果表明,LiH的添加明显改善了材料的微观结构,抑制了样品颗粒团聚,进而使放氢温度降低了30℃。与二元体系相比,在300℃下放氢量增加了21%,同时成功抑制了副产物氨气的释放。对三元体系添加KH进行催化改性,使得材料的放氢温度进一步降低。此外,对材料的放氢性能与固体样品的热扩散性能之间建立了关联,阐述了随热扩散系数的增加,材料的放氢性能随之提高的机理。     

Nb-Ni-Ti三元合金渗氢膜的研究进展

Nb-Ni-Ti三元合金具有较低的成本、较高的氢渗透性、良好的抗氢脆性及热稳定性,被认为是新一代在高温氢分离应用中的首选膜材料之一。简要回顾了氢分离渗透膜在近年来的发展历史,总结了目前Nb-Ni-Ti合金系氢分离渗透膜的制备技术;同时结合笔者在本领域的研究,着重分析了该合金系氢分离渗透膜的氢渗透理论及影响因素;最后展望了Nb-Ni-Ti三元合金系氢分离渗透膜的发展趋势。     

Nb10Ti61Co29包共晶合金定向凝固组织演化及其凝固路径模拟计算

选择包共晶点附近的 Nb_(10)Ti_(61)Co_(29)合金为研究对象,利用Bridgman定向凝固技术对其开展了一系列定向凝固实验(v=1, 3, 5, 15, 30, 70μm/s),然后利用XRD、SEM和EDS等分析了不同生长速率下的凝固组织,阐明定向凝固组织演化规律,最终得出相应的凝固机理。结果表明,不同生长速率下合金的凝固组织均包含初始过渡区、稳态生长区以及淬火区。随着生长速率的逐渐增大,初始过渡区上初始生长界面轮廓越来越清晰,并逐渐趋于平直状态,伴随上述变化,稳态生长区与初始过渡区关联性逐渐变小;其次,随着生长速率逐渐增大,合金淬火界面依次经历平界面向胞状晶再到树枝晶的转变,其中,淬火界面在生长速率为1μm/s时呈平直状态,在生长速率为3和5μm/s时,淬火界面大致呈胞状,当生长速率进一步增大时淬火界面呈现典型的枝晶生长;最后,利用CALPHAD方法计算得出了该合金在平衡凝固过程中会依次发生如下4个凝固反应:(1)L→α-Nb;(2)二元共晶反应L→α-Nb+TiCo;(3)三元包共晶反应L+TiCo→α-Nb+Ti_2Co;(4)二元共晶反应L→α-Nb+Ti_2Co。     

一种氢渗透模型的构建及其在Nb基渗氢合金中的应用

基于Fick第二定律,推导出了一种新的氢渗透数学模型,并成功编制了相应的Matlab计算程序。根据该模型,建立了一种计算Nb基渗氢合金氢扩散系数和溶解系数的新方法;通过对Nb基合金在不同温度下的实例计算,并与实验和文献结果相比较,证实了本模型的可行性和有效性。