轻质及含镁高熵合金的设计、微观组织及储氢性能研究

【摘要】镁具有单位储氢量大,价格便宜等优点,但是其吸放氢条件苛刻且动力学较差,目前对其镁基储氢合金的改善均有其不足之处。合金化是改善合金储氢性能的重要方法,为了获得储氢性能好的合金,本文采用高熵合金的设计理念,利用机械合金化的方法制备含镁高熵合金,用真空熔炼制备含轻质稀土元素Sc的AB2型Laves相储氢合金。采用X射线衍射分析、电子显微镜(SEM.TEM).吸放氢以及电化学性能测试对所制样品组织结构、储氢及电化学性能进行了研究。具体研究内容和结果如下：本文设计了一系列含镁高熵合金,采用高能球磨制备并对样品进行XRD测试,再利用Miedema模型理论计算了含镁多元高熵合金的混合焓、混合熵等热力学参数,并计算合金的原子尺寸参数。结合计算结果和实验结果,总结出含镁高熵合金的相形成规律与热力学参数和原子尺寸的关系。结果表明,当合金形成单相固溶体时,8%<δ<10%,1<Ω<13,或者-12<△Hmix<-1.5,14%<△Rmax<18.5%。理论计算的结果可以初步预判多组元是否能形成固熔相,为以后设计含镁高熵合金提供了理论依据。通过XRD.SEM.TEM等常用表征方法,研究了合金中Mg的固溶问题,发现Mg在多组元合金中可以固熔形成单相组织,没有发现单质态的Mg存在,进一步证明了机械合金化可以合成含镁高熵合金。还进一步研究了MgTiVNiM(M=Al、Co、Fe、Cu、Mn、Cr)合金的储氢和电化学性能,研究表明,含镁高熵合金的储氢热力学苛刻,储氢量和电化学容量低,循环稳定性差,300℃的最大储氢量为1.1wt%(M=Fe),且电化学容量最大为170.9mAh/g.本文还研究了Sc基AB2型Sc0.8Zr0.1Y0.1Mn2-xNix(x=0-2)储氢合金的微观组织结构和储氢性能。研究结果表明,合金铸态组织主要由Laves主相和少量ScNi及富Y的第二相组成,其中稀土Sc和Y元素易与Ni形成相应的金属间化合物相。随Ni含量x的增加,合金基体的Laves相组织结构由C14型向C15型转变,x=0.0时,合金组织基本为C14型Laves相单相组织,x=2.0时,合金组织则完全转变为C15型Laves相单相组织。Ni元素替代Mn对合金的气态吸放氢动力学行为和吸氢PCT曲线影响较大。随Ni含量的增加,合金吸氢动力学与活化性能逐渐变慢,但其放氢温度明显降低,氢化物生成焓减小(-18.72～-35.05kJ、mol),储氢平台压升高,储氢容量降低；室温时合金最大储氢量达2.18wt%,储氢后其晶格膨胀率AV/V为10.63～27.32%,吸氢前后合金主相仍保持C14型或C15型相结构,并未发生新的氢致相变,亦无氢致非晶化现象。
【作者】王稳；
【导师】罗永春；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】含镁高熵合金；Sc基Laves相；储氢性能；电化学性能；

【参考文献】
[1]赵占娟.新型光敏抗菌药物的研究[D].北京协和医学院,药物化学,2014,博士.
[2]靳铁志.媒体监督对刑事审判的负面影响及克服[D].黑龙江大学,法律,2012,硕士.
[3]杜绮钧.晚期糖基化终产物对急性冠脉综合征血小板活性的影响及其机制[D].复旦大学,临床医学（专业学位）,2013,博士.
[4]赵西宁.基于表面等离子体激元的亚波长聚焦与光子晶体移相器的研究[D].兰州大学,无线电物理,2013,硕士.
[5]丁倩.基于显微光谱技术的复合纤维成份定性分析方法研究[D].东华大学,纺织工程（专业学位）,2014,硕士.
[6]尹磊.变压器绕组变形的在线监测研究[D].北京交通大学,2014.
[7]汪令祥.光伏发电用DC/DC变换器的研究[D].合肥工业大学,2006.
[8]陈志旺.1270mm冷带轧机系统参数测定及偏心补偿研究[D].燕山大学,控制理论与控制工程,2003,硕士.
[9]何明,冯博琴,马兆丰,傅向华.基于熵和信息粒度的粗糙集聚类算法[J].西安交通大学学报,2005,04:343-346.
[10]余勇.～（99m）Tc-MIBI联合CT、肿瘤标志物检测肺结节及～（99m）Tc-MIBI监测肺癌疗效的意义[D].苏州大学,内科学,2003,硕士.
[11]刘自纯.金属纳米粒子制备及尼古丁与牛血清蛋白相互作用SERS光谱研究[D].湖北大学,分析化学,2011,硕士.
[12]郝志强.超窄带非周期性光子晶体压应变传感器原理[D].中北大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[13]吴韵格.基于RFID的门禁与定位监控管理系统研究与实现[D].西安科技大学,计算机技术,2014,硕士.
[14]李君.论关联企业破产的实质合并原则[D].吉林财经大学,法律,2014,硕士.
[15]薛萌.对我国的工伤赔偿与民事损害赔偿的竞合研究[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[16]贺晓亮.实施战略管理，提升工程监理企业的竞争力[D].西南财经大学,工商管理,2003,硕士.
[17]张京.锚固缺陷影响锚杆受力分布规律与检测技术研究[D].西安科技大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[18]李家玉.英汉拒绝言语策略对比研究[D].安徽大学,英语语言文学,2004,硕士.
[19]胡晓旻.风湿性二尖瓣狭窄患者心肌病理改变与心肌运动关系的临床研究[D].第四军医大学,外科学,2004,硕士.
[20]曾江波.GPON系统中ONU的研究与硬件设计[D].浙江工业大学,2009.
[21]张芳.白沙蒿铁蛋白基因对烟草的遗传转化及其抗旱性检测[D].兰州大学,草地营养生物学,2013,硕士.
[22]陈德强.一类关于随机变量部分和的强偏差定理及两类树上的极限定理[D].河北工业大学,应用数学,2004,硕士.
[23]张燊.“发热止痛贴”治疗肱骨外上髁炎的实验与临床研究[D].黑龙江中医药大学,中西医结合临床,2004,硕士.
[24]康永胜.电子商务系统中一种层次化信任度计算模型[D].首都经济贸易大学,产业经济学,2014,硕士.
[25]路娟.马维尔诗歌中的主题张力[D].河北师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[26]李世海.2A12铝合金盒形件充液拉深成形过程研究[D].哈尔滨工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[27]蔡先明,秦侠,张丽,崔红蕊.催化湿式过氧化氢氧化处理垃圾渗滤液及其DOM光谱分析[J].环境科学学报.
[28]刘智琳.我国公募慈善组织监管问题研究[D].长春工业大学,行政管理,2013,硕士.
[29]翁剑鸣.散装化学品船液货装卸系统仿真软件的研究[D].大连海事大学,船舶与海洋工程,2014,硕士.
[30]谭理.东亚一体化的可行性研究[D].湖南师范大学,国际政治,2014,硕士.
[31]徐影影.表达性写作对中学生负性情绪的干预研究[D].新疆师范大学,教育,2014,硕士.
[32]谢文娟.足球视频精彩进球事件检测[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2012,硕士.
[33]林勤.基于遗传算法优化灰色神经网络的浙江省公路客运量预测模型[D].华中师范大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[34]曹昌胜.混合动力电动汽车电池包热特性研究与优化[D].合肥工业大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[35]赵志宏,杨绍普.基于相对小波能量的滚动轴承故障诊断[J].电子测量与仪器学报,2011,01:44-49.
[36]刘巍.小麦抗条锈病基因Yr10及防卫相关基因TaMDHAR4的功能分析[D].西北农林科技大学,植物病理学,2014,博士.
[37]陈志涌.基于WEB的网络课程的设计与研究[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[38]耿宝亮,胡云安,李静,赵永涛.控制增益为未知函数的不确定系统预设性能反演控制[J].自动化学报,2014,11:2521-2529.
[39]牛少恒.冬凌草提取物对采后水果致腐菌的抑制作用研究[D].河南科技大学,食品加工与安全（专业学位）,2014,硕士.
[40]刘惕.神经外科医院感染病原菌的分布及耐药性变迁的研究[D].苏州大学,外科学,2014,硕士.
[41]刘新.CM复合地基的承载特性及变形研究[D].成都理工大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[42]史励柯.关天经济区装备制造业集群发展中政府作用研究[D].西安建筑科技大学,行政管理,2013,硕士.
[43]付强.猪败血性链球菌活疫苗发酵培养及冻干工艺研究[D].吉林大学,兽医,2012,硕士.
[44]崔林,罗涛.岩性探测资料与地震资料综合应用[J].石油地球物理勘探,1995,S1:174-176+186.
[45]郑志伟.脐血NSE和S-100在新生儿缺氧缺血性脑病的早期预测价值[D].青岛大学,儿科学,2013,硕士.
[46]孙喆,张曾科,王焕钢.先验知识与基于核函数的回归方法的融合(英文)[J].自动化学报,2008,12:1515-1521.
[47]陈华勇.信任计算模型及其在公钥基础设施（PKI）中的应用研究[D].湖南大学,计算机应用技术,2003,硕士.
[48]王声远,霍伟.一种新的自适应模糊滑模控制器设计方法[J].控制与决策,2001,01:93-96.
[49]麻皓博.留学生汉语称谓语学习使用状况调查与教学建议[D].吉林大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[50]邱爱莲,崔日明,徐晓龙.生产性服务贸易对中国制造业全要素生产率提升的影响:机理及实证研究——基于价值链规模经济效应角度[J].国际贸易问题,2014,06:71-80.