钛吸氢及钛锂合金增强吸氢效应的研究

论文摘要

钛是一种传统的储氢材料,钛及钛系合金具有储氢量大,放氢温度低,价格便宜等优点,钛系合金常被用于工业储氢,而纯钛常被用作储氚材料。本论文在调研了国内外大量相关文献的基础上,首先对储氢合金的发展,分类,储氢原理和应用进行了概述,其次将钛作为研究对象,首次采用扩散锂的方法形成钛锂合金,对其储氢性能进行优化,测量了纯钛与钛锂合金的放氢P-t曲线,对它们的储氢性能进行了比较:最后利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、二次离子质谱分析（SIMS）分别对样品的相结构、表观形貌及相对含量进行了分析。通过对纯钛和钛锂合金的放氢量随时间变化的研究,得到以下结论:在相同的充氢压力下,在一定范围内吸氢温度越高,吸氢量就会越大,同时放氢速度也越快;在相同的吸氢温度下,所充氢压越大,相应的吸氢量也越大;在相同的充氢压力和吸氢温度下,钛锂合金相对于纯钛具有更大的放氢量,即前者具有更优的吸氢性能。利用XRD对样品的相结构进行了分析,得出钛在吸放氢前后的相变:钛在吸氢前是密排六方结构,吸氢后产生的钛的氢化物TiH2的结构是体心四方结构,放氢后TiH2分解产生了具有四方结构的TiH。利用SEM对样品的表观形貌进行了分析,得出经过多次吸放氢循环后,样品表面产生了许多孔洞与裂纹,这些孔洞与裂纹是多次吸放氢循环导致晶格不断膨胀收缩而产生的氢进出通道。利用SIMS对样品的相对含量分析,得出氢扩散的深度超过1.2μm,这个深度足以用作加速器中子源的氚靶。同时通过对吸氢量的研究,证明将钛锂合金作为氚靶具有一定的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 储氢材料简单概括
• 1.1.1 络合物储氢材料
• 1.1.2 储氢合金
• 1.1.3 有机液体储氢材料
• 1.1.4 碳基储氢材料
• 1.2 储氢合金的发展
• 1.3 储氢合金的分类
• 1.3.1 稀土系储氢合金
• 1.3.2 钛系储氢合金
• 1.3.3 锆系储氢合金
• 1.3.4 钒系储氢合金
• 1.3.5 镁系储氢合金
• 1.4 储氢金属吸放氢原理以及热力学性质概述
• 1.5 储氢合金的现状及应用
• 1.6 本论文选题立意
• 第二章 钛吸放氢原理与氚靶应用
• 2.1 影响纯钛吸氢的因素
• 2.2 钛氢化合物结构
• 2.3 氢在钛中的占位
• 2.4 氢在钛中的扩散过程
• 2.5 钛吸放氢的动力学特性
• 2.6 钛作为储氚材料的应用
• 2.7 钛在中子发生器中氚靶的应用
• 第三章 实验设计
• 3.1 实验材料的准备工作
• 3.2 实验装置的设计安装
• 3.3 纯钛吸放氢性能的实验过程
• 3.3.1 除气
• 3.3.2 抽高真空
• 3.3.3 活化
• 3.3.4 纯钛放氢的实验测量过程
• 3.4 钛锂合金吸放氢性能的实验过程
• 3.4.1 钛锂的合金化过程
• 3.4.2 钛锂合金放氢的实验测量过程
• 3.5 样品的相结构分析,表面形貌,和相对含量的分析
• 3.5.1 XRD分析
• 3.5.2 SEM分析
• 3.5.3 SIMS分析
• 第四章 实验数据及分析
• 4.1 样品放氢实验数据与相关分析
• 4.1.1 纯钛在充氢压为0.25MPa,不同温度下吸氢后的放氢量随时间的变化曲线
• 4.1.2 纯钛在温度为500℃,不同压强下吸氢后的放氢量随时间的变化曲线
• 4.1.3 钛锂合金在充氢压为0.25MPa不同温度下吸氢后的放氢量随时间的变化曲线
• 4.1.4 钛锂合金在温度为500℃,不同压强下吸氢后的放氢量随时间的变化曲线
• 4.1.5 纯钛和钛锂合金样品最大放氢量比较
• 4.2 样品分析
• 4.2.1 未掺锂样品的XRD图谱
• 4.2.2 钛锂合金的样品的XRD图谱
• 4.2.3 样品SEM照片
• 4.2.4 样品SIMS分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.1.1 钛及钛锂合金放氢P-t曲线的规律
• 5.1.2 从样品XRD分析得出的结论
• 5.1.3 从样品SEM分析得出的结论
• 5.1.4 SIMS分析的结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢