几种金属及其锂合金的吸放氢效应研究

论文摘要

钛、锆、钒基储氢合会以其储氢量大,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。在中子物理实验研究中,中子发生器是常用的中子源之一。这类中子源常采用钛、钒和锆吸收氢的同位素作靶,通过恰当的核反应得到中子。因此,开展钛、锆、钒吸氢性能的系统研究对研制这类靶基材料有着指导意义。同时,找到一种增加靶基材料吸氢量的简便方法,对增大发生器的中子产额,延长靶的寿命有着现实的应用价值。本论文在调研了相关文献的基础上,首次采用热扩散的方法形成钛、锆、钒.的锂合金,然后对钛、锆、钒与钛、锆、钒的锂合金进行了不同条件下的吸放氢实验,对其吸放氢性能进行了比较,研究了锂对钛、锆、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、不论是钛、锆、钒还是钛、锆、钒的锂合金,在相同的充氢压,不同的温度下吸氢后,最大放氢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,钛、锆、钒与钛、锆、钒的锂合金在相同温度,不同充氢压下吸氢后,最大放氢量随着吸氢温度升高而增大。在相同吸放氢条件下,它们锂合金的最大吸放氢量大于纯钛、锆、钒。2、XRD分析结果显示:钛为密排六方结构,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。钒为体心立方结构;吸氢后为面心立方结构;放氢后是体心四方和面心立方结构共存;吸放氢使锆的晶格常数增加,晶胞体积增大;在锂合金的XRD图上有Li（锂）和LiH的峰出现,说明锂成功地扩散。3、SEM分析的结论是:未吸氢的样品表面比较致密,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:吸氢后的钛、锆、钒样品中有H元素,说明吸氢实验是成功的。钛中氢的深度分布在1.2微米,钒中氢的深度分布在2.7微米,锆中氢的深度分布在2.8微米以内的分布基本是均匀的,满足中子发生器的氚靶厚度要求。

论文目录

• 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 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 氚靶的储氚材料
• 2.2.1 氚靶的储氚材料性能要求
• 2.2.2 钛作为储氚材料的应用
• 2.2.3 钒用作氚靶的储氚材料
• 2.2.4 锆用作氚靶的储氚材料
• 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 样品SEM分析
• 3.5 样品SIMS分析
• 第四章 实验数据及样品测试分析
• 4.1 吸氢实验数据及分析
• 1和T₁-L₁合金样品最大吸氢量比较'>4.1.1 T₁和T₁-L₁合金样品最大吸氢量比较
• 1合金样品最大吸氢量比较'>4.1.2 V和V-L₁合金样品最大吸氢量比较
• R和Z_R-L₁合金样品最大吸氢量比较'>4.1.3 Z_R和Z_R-L₁合金样品最大吸氢量比较
• 4.2 放氢实验数据及分析
• 1和T₁-L₁合金放氢实验数据及分析'>4.2.1 T₁和T₁-L₁合金放氢实验数据及分析
• 4.2.1.1 纯钛放氢实验数据
• 1-L₁合金放氢实验数据'>4.2.1.2 T₁-L₁合金放氢实验数据
• 4.2.1.3 纯钛和钛锂合金样品最大放氢量比较
• 1合金放氢实验数据及分析'>4.2.2 V和V-L₁合金放氢实验数据及分析
• 4.2.2.1 纯钒放氢实验数据及分析
• 1合金放氢实验数据及分析'>4.2.2.2 V-L₁合金放氢实验数据及分析
• 1合金最大放氢最的比较'>4.2.2.3 V和V-L₁合金最大放氢最的比较
• R和Z_R-L₁合金放氢实验数据及分析'>4.2.3 Z_R和Z_R-L₁合金放氢实验数据及分析
• 4.2.3.1 纯锆放氢实验数据及分析
• R-L₁合金放氢实验数据及分析'>4.2.3.2 Z_R-L₁合金放氢实验数据及分析
• R和Z_R-L₁合金最大放氢量比较'>4.2.3.3 Z_R和Z_R-L₁合金最大放氢量比较
• 4.3 样品XRD分析
• 1样品的XRD图谱'>4.3.1 T₁样品的XRD图谱
• 1-L₁合金的样品的XRD图谱'>4.3.2 T₁-L₁合金的样品的XRD图谱
• 4.3.3 V样品XRD分析
• 1合金样品XRD分析'>4.3.4 V-L₁合金样品XRD分析
• R样品XRD分析'>4.3.5 Z_R样品XRD分析
• R-L₁合金的样品的XRD图谱'>4.3.6 Z_R-L₁合金的样品的XRD图谱
• 4.4 样品SEM分析
• 1和T₁-L₁样品SEM分析'>4.4.1 T₁和T₁-L₁样品SEM分析
• 1样品SEM分析'>4.4.2 V和V-L₁样品SEM分析
• R和Z_R-L₁样品SEM分析'>4.4.3 Z_R和Z_R-L₁样品SEM分析
• 4.5 样品SIMS分析
• 1样品SIMS分析'>4.5.1 T₁样品SIMS分析
• 4.5.2 V样品SIMS分析
• R样品SIMS分析'>4.5.3 Z_R样品SIMS分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.1.1 吸放氢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