钒吸氢及钒锂合金增强吸氢效应的研究

论文摘要

钒基固溶体型储氢合金以其储氢量大,吸放氢速度快等优点而成为目前储氢合金研究领域的一大热点。中子发生器的氚靶储氚材料必须具有的性能是:高储氚密度和高放氚温度,这些条件钒都能满足,所以钒可用于氚靶。本文首先用热扩散的方法,制成了钒锂合金;然后对钒和钒锂合金进行了不同条件下的吸放氢实验,研究了锂对钒的最大吸氢量的影响;最后,对样品进行分析测试:用X射线衍射(XRD)做物相分析,用扫描电子显微镜(SEM)做表观形貌分析,用二次离子质谱(SIMS)做相对含量分析。得出结论如下:(1)不论钒还是钒锂合金,在相同的充氢压,不同的温度下吸氢后,最大放氧量会随着吸氢温度的升高而增大,放氢速率也随之增大;同样,钒和钒锂合金在相同温度,不同充氢压下吸氢后,最大放氢量随吸氢温度升高而增大。在相同的吸放氢条件下,钒锂合金的最大放氢量大于纯钒。(2)XRD分析结果显示:纯钒为体心立方(BCC)结构;钒吸氢后为面心立方(FCC)结构;放氢后是体心四方(BCT)和FCC结构共存;吸放氢使钒的晶格常数增加,晶胞体积增大;钒锂合金的XRD图上有Li(锂)和LiH的峰出现,说明锂成功地扩散入钒中。(3)SEM分析的结论是:未吸氢的钒样品表面比较致密,裂纹比较少;吸放氢后裂纹增多;高放大倍数下观察发现,裂纹周围粉化很严重,说明吸放氢循环会使样品粉化,在其表面产生很多的氢出入通道。(4)SIMS分析的结论是:钒均匀吸氢深度达2.7μm以上,满足中子发生器的氚靶厚度要求,所以钒可用于氚靶。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 氢气的储存方法
• 1.2 储氢材料的分类
• 1.3 储氢材料的研究进展
• 1.3.1 金属储氢材料的研究进展
• 5型储氢合金研究进展'>1.3.1.1 稀土系AB₅型储氢合金研究进展
• 2型储氢合金研究进展'>1.3.1.2 锆系AB₂型储氢合金研究进展
• 1.3.1.3 钒系固溶体型储氢合金研究进展
• 1.3.1.4 钛系AB型储氢合金研究进展
• 2B型储氢合金研究进展'>1.3.1.5 镁系A₂B型储氢合金研究进展
• 1.3.2 非金属储氢材料的研究进展
• 1.3.3 有机液体储氢材料的研究进展
• 1.4 储氢合金的应用
• 1.5 论文立意
• 1.6 论文实验思路
• 第二章 储氢原理和氚靶材料
• 2.1 储氢合金的储氢原理
• 2.1.1 储氢合金的吸放氢过程
• 2.1.2 储氢合金中氢的位置
• 2.2 V的储氢原理
• 2.2.1 钒和氢的反应过程
• 2.2.2 钒吸氢过程的相变
• 2.2.3 钒中氢原子的占位
• 2.3 氚靶的储氚材料
• 第三章 实验设计
• 3.1 实验材料和实验装置
• 3.1.1 实验材料的制备
• 3.1.2 实验装置的设计
• 3.2 样品吸放氢实验
• 3.2.1 样品的表面处理
• 3.2.2 样品的真空除气
• 3.2.3 样品的活化
• 3.2.4 吸放氢实验
• 3.3 样品XRD测试
• 3.4 SEM分析
• 3.5 SIMS分析
• 第四章 实验数据及样品测试分析
• 4.1 放氢实验数据及分析
• 4.1.1 纯V放氢实验数据及分析
• 4.1.2 V-Li合金放氢实验数据及分析
• 4.1.3 V-Li合金最大放氢量的比较
• 4.2 样品XRD分析
• 4.2.1 纯V样品XRD分析
• 4.2.2 V-Li合金样品XRD分析
• 4.3 样品SEM分析
• 4.4 样品SIMS分析
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.1.1 钒及钒锂合金样品的P-t曲线的规律
• 5.1.2 样品XRD分析的结论
• 5.1.3 样品SEM分析的结论
• 5.1.4 样品SIMS分析的结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢