新型合金材料

新型合金材料 3 5 1储氢材料 一 概述 氢是一种热值很高的燃料 燃烧一克氢可以放出62 8kJ的热量 一克氢可以替代3kg的煤油 且请的燃烧产物为水 无污染 再加之来源广 因此是未来最有前途的燃料电池燃料来源 储氢方法 传统的储氢方法有 一 利用高压钢瓶来储氢 二 储存液态氢 但这两种方法储氢量少 且存在一定的安全隐患 进年来 有一种新型的储氢材料应运而生 储氢合金 储氢合金储氢原理 可逆地与氢形成金属氢化物 或者说是氢与合金形成了化合物 即气态氢分子被分解成氢原子而进入金属之中 良好的储氢材料应具备的能力 抗氢损坏 氢腐蚀 氢脆等能力 正在研发的储氢合金通常是把吸热型的金属 铁 锆 铜 铬 等 与放热型金属 钛 锆 镧等 组合起来 制成适当的金属间化合物 使之起到储氢的功能 吸热型金属 在一定的氢压下 随着温度的升高 氢的溶解性增加 放热型金属 在一定的氢压下 随着温度的升高 氢的溶解性降低 1 稀土储氢材料 在已开发的储氢材料中 稀土系储氢材料性能最佳 应用最广 金属和金属间化合物能致密的大量的吸氢的原因 其晶体结构中的原子排列十分紧密 大量的晶格间隙位置可吸收大量的氢 详见p138 2 钛系储氢材料 钛系储合金是指具有Laves相结构的AB2型的金属间化合物 具有储氢容量高 循环寿命短等优点 AB2型Laves相储氢合金有锆基和钛基两大类 详见p139钛系储氢合金的典型代表是TiFe 它价格低廉 在室温下可逆地吸收和释放大量的氢 最大吸氢量高达118 但它与氢气反应生成物很脆 在空气中会缓慢分解并释放氢气而失活 另外还存在活化困难和抗杂质气体中毒能力差等缺点 改变其性能最常用的方法为 元素替代 合金表面改性 3 镁系储氢合金材料 镁作为一种储氢材料的优点 1 密度小仅1 74g 32 储氢容量很高MgH2的储氢量达到7 6 3 价格低廉 资源丰富 缺点 吸放氢条件比较苛刻 速率慢且温度较高 在碱液中易腐蚀 镁基储氢合金代表是Mg2NiH4 因资源丰富且价格低廉各国科学家均高度重视 但是其放氢需要相对高温下进行一般为250 300 且动力学性能较差 元素取代是改善Mg2Ni系储氢材料合金性能最根本的途径 表面处理方法 p140 3 5 2形状记忆合金 1 形状记忆合金结构与性能形状记忆合金 能 记忆 起自己受外力作用而变形前的状态 并能自动恢复的合金 形状记忆合金与其他合金不同主要是存在热弹性马氏体 他喊有许多孪晶 对他施加外力容易变形 但其原子结构未发生变化 所以讲台在加热到一定温度就会发生你转变 有变成稳定的母相 记忆合金应具备的三个特点 1 马氏体是热弹性类型 2 马氏体的变形主要通过孪晶取向改变产生 3 母相通常是有序结构 具有形状记忆效应的合金有 Ni Ti体系合金Cu Zn Al合金及Cu Al Ni系合金 2 形状记忆合金的应用 1 航天工业天线 2 合金管接头 3 热能转换装置形状记忆合金在发生马氏体逆转时会产生很大的弹力 用此力做功使能量转换把热能转换成机械能 电能 4 热敏感驱动器 5 医学应用详见p143 3 5 3高性能合金 1 超塑性合金塑性 当材料或物体受到外力作用是 发生显著的变化而不立即断裂的性质 延伸率是衡量材料塑性的指标 在通常情况下钢铁材料的延伸率可达40 有色金属为60 在高温时也不超过100 但在某些特定的条件下有些合金的延伸率超过100 1 超塑性机理只有在特定条件下 金属才具备超塑性 有细小等轴晶粒的 变形温度约为熔点的0 5 0 65倍 应变速率较小 约为10 2 10 4s 1超塑性现象 在适当温度下用较小的应变速率使合金产生300 以上的平均延伸率 2 超塑性合金的应用尤适于极薄管或板 以及具有微小凹凸表面制品的制造 2 减振合金发明一种不产生振动噪音的金属材料来达到减振 消声的目的 一直是科学家们梦寐以求的目标 减振合金应该兼顾高强度和振动消减性好 减振合金之所以具备优异的减震性 是由材料的内部微观结构造成的 他依靠材料内部易于移动的微观结构界面 ui机在运动过程中将产生的内摩擦较快地转换成热能消耗掉 使振动迅速衰减 从而能有效地降低噪声的产生 目前减振合金有数十种 详见p145 3 硬质合金由 B B金属元素和C N B形成的金属化合物硬度都特别高 Ti Zr V等与碳的原子半径关系 符合rB rA 0 59 可以形成简单晶格结构的间隙相 Cr Mn等金属原子半径较小 晶格间隙也较小 与碳原子形成间隙化合物时