Nb-Ti-Ni体系氢分离合金膜的抗弯性能研究

本文开展了Nb-Ti-Ni体系氢分离合金膜的结构和抗弯性能研究。采用XRD/SEM分析了合金膜的结构和组织特征,利用三点弯曲法测定了合金膜的抗弯强度。实验结果表明,制备的Nb-Ti-Ni合金主要由bcc-Nb（Ni,Ti）固溶体和（bcc-Nb（Ni,Ti） β2-NiTi）共晶相构成,前者是渗氢功能相,后者是结构支撑相。经渗氢实验后,合金试样的抗弯性能均有下降,具有网状结构特征的合金有较好的抗弯性能。经磁场热处理后,合金微结构出现晶粒细化、晶粒沿磁场方向定向排列、固溶体相区分布改变等明显变化,合金膜的抗弯强度有不同程度的改善,其中 N7试样经0?和45?磁热处理,N5试样经90?磁热处理,其抗弯性能改善明显,说明通过磁热处理可对合金微结构进行调制,从而提高其抗弯强度。     

透氢合金膜的开发

熔体快淬Ni-X-Zr非晶膜的氢渗透性隔膜分离法有可能成为大量生产纯氢的一种既节能有比较低廉的技术,因此,对于当前透氢性最好的Ni-Nb-Zr三元非晶态合金薄膜进行了研究改进,研究了添加Nb和Zr以及添加其他元素取代Zr时对于Ni-Nb-Zr非晶合金性能的影响。     

氢渗透引起金属膜的塑性形变

将板壳力学、弹塑性力学、热应力理论与金属-氢相互作用理论相结合,讨论了氢进入金属柱形薄膜后晶格膨胀产生的弹性应力、塑性应力和残余应力及这些应力对氢分布和输运、材料性质的影响.结果表明,塑性区中氢的扩散变慢,残余应力改变了样品局域的吸氢热力学性质;在充氢过程中,只有小的充氢流才可能避免材料的塑性损伤.该结果可为氢的提纯、同位素分离以及氢的贮存与输运等应用提供参考.     

CO2对Pd8Y0.23Ru合金膜氢渗透性能的影响

在300~450℃范围内,研究氢中加入CO2对Pd8Y0.23Ru合金膜氢渗透性能的影响。结果表明,CO2的加入会大大降低膜的氢渗透率,CO2浓度越高,氢渗透率降低越多;CO2对Pd8Y0.23Ru合金膜存在一定的毒化作用,使氢渗透率下降,450℃下的毒化作用明显强于300℃,但随着时间的延长,渗透率降低速率趋缓。CO2降低氢渗透率还有另外2个因素:当CO2浓度较高(>3%,摩尔分数)时,聚集在膜表面附近的CO2对氢气传质的阻塞作用是氢渗透率降低的主要因素;当CO2浓度较低(<1%)时,CO2在膜表面吸附,占据氢的活性点位,是氢渗透率降低的主要因素。     

抗氢脆-高通量氢分离钒合金膜研究进展

体心立方(bcc)结构的第五族金属元素V具有高的氢渗透率和力学性能,且价格比Pd金属低。在此基础上开发的V基合金膜相比纯V有较高的抗氢脆性,有望成为未来商业应用中代替Pd-Ag的合金膜材料。本文对氢分离合金膜的渗透原理、韧性-脆性转变的氢浓度以及V基合金膜的渗透性能进行了综述并对未来发展趋势进行了简单的展望。     

GH718合金氢渗透特性的研究

ＧＨ７１８合金氢渗透特性的研究徐坚，孙秀魁，刘清泉，陈文绣（中国科学院金属研究所，快速凝固非平衡合金国家重点实验室沈阳１１００１５）１前言ＧＨ７１８（ＩＮＣＯＮＥＬ７１８）合金广泛用作为涡轮叶片、氢燃发动机、核反应堆器壁等部件的材料．由于使用环境中氢...     

阻氢渗透涂层的研究现状及进展

对阻氢涂层近30年来的研究现状和发展状况进行了归纳和总结,较为详细地分析了阻氢涂层在涂层材料的选择、涂层的制备以及性能评价等方面存在的问题,并对阻氢涂层未来的研究重点作了展望。     

Incoloy903合金氢渗透与扩散的研究

本工作采用气相氢渗透技术,测定了220—420℃温度范围内,Fe-Ni-Co基超合金Incoloy 903的氢渗透率和扩散系数,讨论了该合金时效处理后强化相γ′对氢渗透和扩散特性的影响。结果表明:该合金的氢透率和扩散系数几乎与热处理状态无关,不受时效析出的γ′沉淀相的影响。氢渗透率和扩散系数与温度的关系可分别表示为φ=9.36×10~(-5)exp[-54.20(kJ/mol)/RT]mol/m·s·MPa~(1/2), D=4.24×10~(-7)exp[-49.07(kJ/mol)/RT]m~2/s。     

Nb—Ti—Ni合金的显微组织与氢渗透性能

研究了Nb50Ti25Ni25及Nb40Ti30Ni30合金的显微组织及氢渗透性能,并与贵金属Pd、Pd-Ag合金及纯Nb的氢渗透性能进行了比较.两种合金的显微组织均由先析出的bcc-Nb(Ti,Ni)固溶体和bcc-Nb(Ti,Ni) B2-TiNi共晶组成.随Ni、Ti合金元素含量增加,合金中共晶相的含量增加.氢渗透温度为673 K时,两种合金的氢渗透系数分别为1.71×10-8和1.03×10-8mol·in-1·s-1·Pa-0.5,接近Pd的氢渗透系数,略低于Pd-Ag合金的氢渗透系数.共晶相的比例增加有利于提高合金的抗氢脆性能,增加先析出相的比例可提高合金的氢渗透系数.适当调整合金元素含量可获得综合性能良好的氢渗透合金.     

Si元素的添加对La-Mg-Ni系合金贮氢性能的影响

为了提高La-Mg-Ni系A2B7型贮氢合金的电化学循环稳定性,添加少量Si,用铸造工艺制备了La0.75Mg0.25Ni3.3Co0 2Six(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)贮氢合金,分析并测试了其微观结构、电化学性能以及氢扩散系数.结果表明,合金具有多相结构,主相由CaCu5型相和Ce2Ni7型相组成...     

透氢钒基合金膜

目前工业上分离高纯氢气应用最多的是致密金属膜,尤其是钯银合金膜。钯、银属于贵金属,大规模应用成本高。钒基合金膜拥有比钯银合金膜更高的透氢率、机械强度和较低的成本,且氢脆抗力较纯钒得到很大提高,成为潜在的替代钯银合金膜的材料之一。本文综述了钒基合金膜材料的研究现状,催化层对透氢性能的影响以及钒基合金膜的制备方法,并对未来的发展趋势进行了展望。     

非晶合金透氢性能研究进展

由于在半导体工业及燃料电池等领域需要大量高纯度的氢气,因而必需对采用重整等工艺方法获得的含杂质气体的氢气进行纯化。采用金属膜对氢气进行分离是一种有效的氢纯化方法。非晶合金薄膜具有强度高、氢溶解度大、耐腐蚀、抗氢脆、成型工艺简单等特点。已有的研究表明,部分非晶合金膜的氢渗透系数已经达到甚至超过目前透氢性能最佳的Pd及其合金膜,而价格仅为其几十分之一,显示出良好的应用前景。本文综述了金属及非晶合金膜在氢渗透方面的研究现状,总结了氢与非晶合金相互作用的表现形式。最后对非晶合金膜在氢纯化方面的应用前景进行了展望。     

透氢非钯基金属膜研究进展

相比于变压吸附和深冷分离法,膜分离技术由于能耗低、简单易行等特点,在氢气分离提纯中的应用具有优势。目前工业上分离提纯氢气应用最多的是致密金属膜,尤其是钯及其合金膜。但是钯是贵金属,成本非常高,限制了钯基膜的大规模应用。因此目前非钯基致密金属膜在氢气分离提纯中的应用受到广泛的的关注,成为研究热点。本文综述了金属膜分离氢气机理,非钯基金属膜的材料成分及其发展现状,并指出目前开发膜材料存在的一些亟待解决的问题。     

渗氢用钯基膜的研究现状

介绍了渗氢用钯基膜的渗氢机理、影响因素以及制备技术的进展情况。重点阐述了钯基膜的种类及其各自的应用。钯膜的发展经历了从最初的纯钯膜、钯合金膜(主要为钯银、钯钇合金)到目前备受关注并具有良好应用前景的钯及钯基复合膜(如多孔陶瓷、多孔不锈钢基体等)。钯膜的合金化,不仅能提高膜的氢渗透率,而且更重要的是可以提高钯膜的抗氢脆能力,延长钯膜的寿命,扩展钯膜的适用范围。而钯复合膜的研究成功,在保证膜的机械稳定性的前提下,降低了钯膜的厚度及成本,并极大地提高了钯膜的氢渗透率。     

Progress of Palladium Alloy Membranes in Hydrogen Energy

Palladium and palladium alloy membranes have attracted wide attention in hydrogen permeation areas for their excellent permeability, perm -selectivity and thermal stability. This paper review the principle of hydrogen permeation, type of alloys and the fabrication methods. At last, the progress and achievements on palladium alloy membranes by Northwest Institute for Non-Ferrous Metal Research are emphasized.     

金属氢渗透研究综述

综述了氢渗透的研究方法和研究历史,总结了当前对氢损伤机理的研究,以及在易发生氢脆环境下的氢渗透行为规律和影响氢行为的因素。在这些研究的基础上,国内外先后开发了许多氢渗透防护技术,如:阻碍氢原子渗入基体,在材料表面制备涂镀层;消除钢中有害元素的方式,改变中氢原子陷阱的数目;从组织入手,开发高纯度、高抗氢钢,包括一些系列铁素体合金钢等。综述了从传统的电沉积阻氢合金镀层,到新工艺制备阻氢陶瓷层的发展。阻氢涂层具有阻氢性能极佳,兼具保护作用的优点,但容易失效,破损后会加快基体的局部腐蚀;而通过冶金、热处理来净化钢材,改变组织成分开发的纯净钢,其实际抗氢脆性能并不理想,仍然会出现氢引起的力学性能下降,并且具有控制工艺复杂、能耗大的缺点。由此认为,氢一旦进入金属材料内部,造成材料的性能损伤不可避免,防止氢进入金属材料是该领域的关键科学问题。氢渗透过程是氢损伤发生的关键步骤,那么阻碍氢渗透过程的进行就成了氢损伤防护措施的重中之重。抑制氢渗透过程的发生需要从降低氢原子浓度梯度、降低材料内部氢陷阱密度和结合能两方面入手,开发有效的抑氢手段,抑制氢渗透过程,使材料内部的氢原子浓度小于临界氢原子浓度。     

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。     

氢分离非钯合金膜表面处理研究进展

镀有Pd层的氢分离纯化用5B族金属膜具有较高的氢选择性和渗透率,但Pd与基底在高温下易发生热扩散,致使氢的解离效率变差,影响合金膜在氢分离时的连续性和稳定性。目前,在合金膜与Pd之间添加中间层或在合金膜表面直接使用非Pd催化材料是防止氢分离合金膜因金属间扩散而失效的主要方法。介绍了金属催化氢解离与合金膜渗氢机理,并从中间层材料、非Pd催化材料及影响这2种材料效果的内外因素等方面综述了近年来在氢分离合金膜表面处理方面的研究进展。中间层材料的类型以金属化合物为主,还包括氧化物及稀土金属Y,针对这些材料防金属间扩散的效果采用高温下渗氢稳定时间和渗透率进行评价分析;非Pd催化材料主要分为金属碳化物和钒氧化物2类,重点分析了材料的解离效率和通用性,其解离效率与晶体结构和实验温度有关。在通用性方面,氧化物能够与不同基底合金结合,并获得较高的氢渗透率,表现出更好的适应性。影响中间层和非Pd催化材料发挥效用的因素主要包括材料内在因素和工艺外部因素,分析了涂层结构和厚度的材料因素,举例说明了制备工艺和制备参数选择等外部因素对材料发挥效用的影响。最后指出了现有涂层研究中,加入中间层材料或直接使用非Pd催化材料时的不足及相应的改进措施,并对氢分离5B族合金膜表面处理的未来发展进行了展望。