论文部分内容阅读
核聚变以其能量巨大，燃料资源丰富，洁净安全等优点，被誉为人类未来的永久能源。放射性氢同位素的大规模储存、供应以及回收是聚变能发展中的重要环节。ZrCo合金的储氚容量大，室温离解压低，吸放氢动力学性能优异，固氦性能良好，是重要的备选储氚材料之一。但其在高温高压氢同位素气氛下或反复吸放氢同位素过程中易发生歧化反应，造成可逆容量下降，阻碍了其在储氚体系中的应用。 针对以上问题，本论文通过电弧熔炼技术制备出元素取代的ZrCo合金，运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDS)等材料表征方法及储氢性能综合测试系统，系统研究了Ti、Hf取代Zr，Ni取代Co后，ZrCo合金的晶体结构、活化性能、动力学性能、热力学性能及歧化效应，并选取储氢综合性能较好的Zn-xHfxCo(x=0，0.1，0.2，0.3)系列合金进行了储放过程中的氢同位素效应探究。获得主要研究结果如下: 对Zr1-xTixCo(x=0.1，0.2，0.3)合金研究发现，合金主相均为CsCl型ZrCo相，随Ti含量的增大，合金的晶格常数减小，活化性能和室温(295K)吸氢动力学性能变差，放氢平台压力大幅提升，合金的高温抗歧化性能大幅提高。针对Ti取代使ZrCo合金活化性能和动力学性能变差的问题，选取与Zr相邻且同族的另一元素Hf取代Zr，开展进一步研究。 Zr1-xHfxCo(x=0，0.1，0.2，0.3)合金主相均CsCl型ZrCo相，随Hf含量的增大，合金的晶格常数先减小后增大，在x=0.2时达到最小值;活化性能先变差后有所恢复，在x=0.1时活化性能最差;室温(291±1K)吸氢动力学性能变化不大，放氢平台压升高，高温抗歧化性能大幅提高;Hf取代Zr后合金具有较好的综合储氢性能。 对比研究了Zr1-xHfxCo(x=0，0.1，0.2，0.3)合金的储氢和储氘性能，发现合金的氢化物和氘化物的主相均为ZrCoH3相，氘化物晶格体积略小于氢化物体积;相同条件下，合金在氘气中的活化要难于在氢气中的活化;室温(291±1K)下，相同组分合金的吸氘量略小于吸氢量，吸氘速率小于吸氢速率;相同温度下，合金的放氘平台压高于放氢平台压，表现为热力学正同位素效应;合金在氘气氛中的歧化率略小于在氢气氛中的歧化率。 对Ni取代Co后形成的ZrCo1-xNix(x=0.1，0.2，0.3)合金的研究发现，x≤0.2时，合金主相均为CsCl型ZrCo相，x＞0.2时，出现第二相ZrNi相;随Ni含量增加，晶格常数增大;合金的活化性能先变差后有所恢复，在x=0.2时，活化性能最差;室温(293±1K)下的吸氢动力学性能变化不大;放氢平台压先降低后升高，在x=0.1时达到最小值;合金的抗歧化性能随Ni含量的升高而变差。