第18卷第1期中国有色金属学报2008年1月Vol.18No.1TheChineseJournalofNonferrousMetalsJan.2008文章编号:1004-0609(200801-0108-05铸态Ti-Zr-Ni准晶的贮氢特性黄火根1,银陈1,吴江2,张鹏程3(1.表面物理与化学国家重点实验室,绵阳621907;2.大连理工大学材料科学与工程学院,大连116024;3.中国工程物理研究院,绵阳621900摘要:研究铸态Ti-Zr-Ni准晶体的贮氢特性。Ti40Zr40Ni20合金在吸铸条件下形成了近单一的二十面体准晶相(IQC相,其吸氢坪台压力在170℃时约20kPa,160℃时只有0.6kPa,吸氢量为0.8%(质量分数;而Ti45Zr38Ni17合金在同样条件下则形成了IQC、MgZn2结构的C14Laves相与体心立方结构的β-(Ti,Zr固溶相,它可实现室温贮氢,150℃时贮氢量达到4%,且具有较好的吸氢动力学。结果表明,合金成分与制备方法对Ti-Zr-Ni准晶的贮氢特性有较大影响。关键词:Ti-Zr-Ni合金;准晶;贮氢;吸铸中图分类号:TG139.7文献标识码:AHydrogenstorageofas-castTi-Zr-NiquasicrystalsHUANGHuo-gen1,YINChen1,WUJiang2,ZHANGPeng-cheng3(1.NationalKeyLaboratoryforSurfacePhysicsandChemistry,Mianyang621907,China;2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China;3.ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang621900,ChinaAbstract:HydrogenstoragecharacteristicsofquasicrystallinealloysTi40Zr40Ni20andTi45Zr38Ni17preparedbysuction-castingmethodwereinvestigatedprimarily.Ti40Zr40Ni20alloy,inwhichanearlypureicosahedralquasicrystal(IQCphasecanform,hasalowH-absorbingcapacityof0.8%(massfractionanddifferentplateaupressuresatdifferenttemperatures,20kPaat170and0.6℃kPaat160,respectively.However,aminormixtureofC14Laves(MgZn2-typeandβ-(Ti,Zr℃solution(bccstructurephasesiscoexistedwiththeIQCinTi45Zr38Ni17alloythatcanloadHatroomtemperaturewithamaximumstorageof4%at150anddisplayedgoodH-absorptiondynamic℃behaviors,suggestingapromisingfutureasnewH-absorbingmaterial.TheresultsshowthatthealloycompositionandpreparationofTi-Zr-NiIQChaveasignificanteffectonitsHstorage.Keywords:Ti-Zr-Nialloy;quasicrystal;hydrogenstorage;suction-casting准晶是一种具有非晶体学旋转对称性的准周期长程平移有序相[1],其特殊结构决定了它的一系列独特性能及其潜在的实用性[2]。早期准晶的合金组元与氢亲和力较小,因而当时人们没有认识到准晶的可贮氢性。直到首例Ti-Zr-Ni准晶[3]被报道,人们才开始关注准晶的贮氢性能。因为Ti-Zr-Ni准晶是一个典型的稳定二十面体准晶系,其结构中含有大量有利于氢原子占位的四面体间隙,且Ti/Zr组元与氢都具有很强的化学亲和力。VIANO等[4]研究了Ti45Zr38Ni17甩带准晶的吸氢特性,发现在260℃和40×106Pa条件下其吸氢能力达到氢金属比H/M=1.6。随后STROUD等[5]进一步研究得知,用电解法装载,Ti45Zr38Ni17甩带准收稿日期:2007-07-10;修订日期:2007-09-24通讯作者:黄火根,助理工程师;电话:0816-*******;E-mail:hhgeng2002@sina.com第18卷第1期黄火根,等:铸态Ti-Zr-Ni准晶的贮氢特性109晶的吸氢能力H/M升至1.9。而最近KELTON等[6]报道称,Ti41.5Zr41.5Ni17准晶的贮氢能力甚至达到H/M=3,相当于质量分数为4%。可见,Ti/Zr基准晶的贮氢能力优于LaNi5与TiFe(1%~2%,质量分数等贮氢合金。不仅如此,它们还能够实现循环吸放氢[7]。因此,Ti/Zr基准晶有望成为新一代贮氢合金材料[8−9]。不过,Ti-Zr-Ni准晶的贮氢研究工作目前国内开展较少,而国外报道主要是针对甩带急冷法与机械合金化法制备的Ti-Zr-Ni准晶。本文作者采用吸铸法制备Ti40Zr40Ni20[10−12]与Ti45Zr38Ni17两种不同合金成分的准晶样品,研究了它们的贮氢特性。1实验按摩尔分数配置Ti40Zr40Ni20与Ti45Zr38Ni17合金,其中Ti、Zr和Ni3种合金组元均使用高纯料,纯度分别为99.99%,99.9%与99.9%(质量分数。采用钨极非自耗真空电弧炉熔炼母合金,该炉工作电压12V,工作电流200A,真空度10−3Pa,保护气体为氩气。为了使得母合金中的氧含量最小化,每次熔炼母合金前,先熔炼...