Zr-Hf-Co合金储氢性能探究.pdfVIP

Zr-Hf-Co 合金储氢性能研究 ∗ 谭功理 刘晓鹏 蒋利军 王树茂 李志念 李华玲 北京有色金属研究总院能源材料与技术研究所，北京，100088 摘要：研究了 Hf 部分替代 Zr 对 Zr-Hf-Co 合金储放氢性能的影响，结果表明： Zr-Hf-Co 合金保持原始 ZrCo 合金单一的立方相结构，且 Hf 含量变化对合金晶胞体积影响不大；但随 Hf 替代量增加，Zr-Hf-Co 合金放氢平台压升高，1atm 平衡放氢压力对应的放氢温度显著降低，由ZrCo 合金400℃降低到Zr0.7Hf0.3Co 合金 344 ℃；热力学计算结果得到 Zr-Hf-Co 合金放氢反应焓变△H 值随 Hf 替代量增加而降低，表明 Zr-Hf-Co 合金氢化物稳定性降低，有利于合金在较低温度下放氢；合金的最大吸氢量随 Hf 替代量增加而 略有降低，但吸氢动力学性能变化不明显。 关键词：储氢材料 ZrCo 合金 PCT Zr-Hf-Co 合金 1. 前言 ZrCo 合金由于其室温低吸放氢平台压（10-2Pa ），良好的储放氢及其同位素动力学特性，及无辐射， ， ， [1 2 3] 无污染等特点使其在氢及其同位素处理场合得到了广泛关注和应用 。 [4，5] 然而 ZrCo 合金自身存在的缺点，如在高温氢气气氛下的歧化反应成为限制其应用的主要方面 。 所谓歧化反应是指合金氢化物的放氢产物在一定条件下会反应生成不吸氢相，下式为 ZrCo 合金正常吸放 氢和歧化反应过程： 正常吸放氢反应：2ZrCo+3H ⇔ 2ZrCoH ……(1) 2 3 发生歧化反应时：2ZrCo + H = ZrH + ZrCo ……(2) 2 2 2 在一定的温度和氢气氛围下，ZrH2 和 ZrCo2 是比 ZrCo 和 ZrCoH3 更稳定的化合物，由反应(1)和(2)不 难看出，当 ZrCo 合金发生歧化反应后，其吸氢量将会大大减少，且 ZrH2 热力学十分稳定，反应(2)的逆 反应在正常放氢条件下较难发生，最终会导致 ZrCo 合金丧失储氢性能。 [5] 已有的研究表明 ，当ZrCo 合金在 350℃以下使用时，歧化反应将得到有效抑制。然而由于ZrCo合 金 1atm 放氢平台压力对应的最低放氢温度为 400℃，因此只有将 ZrCo 合金 1atm 放氢平台压对应的放氢 温度降低至 350℃以下，才有可能抑制歧化反应的发生，提高合金的使用寿命。本文目的就是通过 Hf 部 分替代Zr 形成 Zr-Hf-Co合金，以改善 ZrCo 合金低温放氢性能，提高合金储氢性能和使用寿命。 2. 实验方法 合金名义成分为 Zr Hf Co （x=0 ，0.1，0.2，0.3 ），所用原料 Zr ，Co，Hf 纯度99.9% ，采用氩气保 1-x x 护下磁悬浮熔炼，每个合金熔炼 3 次，以保证合金成分均匀。 机械粉碎后取 40-60 目大小的合金粉在500℃条件下抽真空 1h后，室温充入 0.5MPa 氢气进行活化， ∗ 通讯作者：刘晓鹏 高级工程师 Tel: 010 Email: xpgliu@ 之后进行不同温度下 PCT （压力-成分-温度