锆-钒合金消气剂抗毒化性能研究

• 作 者: 王飞
• 机 构: 中国工程物理研究院
• 出 处: 中国工程物理研究院
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 含氚废气 锆钒合金消气剂 吸氘性能 抗毒化性能

贮氢合金被杂质气体毒化后将影响其对含氚废气的净化性能。根据国内外在消气剂方面的研究现状，本论文以有望用于消氚的Zr基合金为重点，合成出ZrV2和Zr-V-Fe(St-707)两种锆-钒合金，考察其室温吸氘性能，并采用突曝法研究了三种杂质气体(N2、O2和CO2)对两种合金吸氘性能的影响，然后采用第一原理初步计算了杂质气体在ZrV2合金表面的吸附行为，了解合金抗毒化的能力和中毒机理，为进一步应用开发奠定基础。　　研究结果表明，采用电弧炉熔炼并经真空热处理后，ZrV2合金的物相主要由ZrV2金属间化合物、V基固熔体和Zr基固熔体组成;Zr-V-Fe合金的物相主要由Zr2V3Fe金属间化合物、Zr基固熔体和V基固熔体组成。室温下ZrV2合金对D2的活性较好，初始吸氘速率较快，而Zr-V-Fe合金对D2的活性较差，初始吸氘速率较慢。　　室温下两种合金暴露在1×105Pa N2气压力下，随着循环次数的增加，吸氘速率下降，ZrV2合金的吸氘速率优于Zr-V-Fe合金，吸氘量逐渐降低，三次循环后，ZrV2合金和Zr-V-Fe合金的吸氘量分别降至初值的65％和79％。暴露在绝压3×103Pa O2气压力下，随着循环次数的增加，吸氘速率曲线衰退严重，Zr-V-Fe合金的吸氘速率略优于ZrV2合金，三次循环后，ZrV2合金和Zr-V-Fe合金的吸氘量分别降至初值的33％和47％。暴露绝压3×103Pa的CO2后，合金丧失吸氘能力。XPS分析表明，N2以物理吸附方式吸附于合金表面，并形成一薄层气膜，对合金的吸氘行为产生一定阻碍作用;O2与合金表面作用形成氧化物，从而使其吸氘性能下降;而CO2吸附于合金表面后部分分子离解，形成的CO与表面金属作用后生成钝化层，致使合金丧失吸氘能力。　　基于第一原理的理论计算结果表明，N2和O2在ZrV2合金(100)面上最稳定的吸附结构为桥位，而CO2为心位，吸附能分别为-0.10322Ha、-0.15305Ha和-0.04107Ha。