新型合金材料

新型合金材料第一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六&3.5.1儲氫材料一、概述：氫是一種熱值很高的燃料。燃燒一克氫可以放出62.8kJ的熱量。一克氫可以替代3kg的煤油。且請的燃燒產(chǎn)物為水，無污染，再加之來源廣，因此是未來最有前途的燃料電池燃料來源。儲氫方法：傳統(tǒng)的儲氫方法有：一、利用高壓鋼瓶來儲氫，二、儲存液態(tài)氫。但這兩種方法儲氫量少，且存在一定的安全隱患。進(jìn)年來，有一種新型的儲氫材料應(yīng)運(yùn)而生——儲氫合金。第二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六儲氫合金儲氫原理：

可逆地與氫形成金屬氫化物，或者說是氫與合金形成了化合物。即氣態(tài)氫分子被分解成氫原子而進(jìn)入金屬之中。良好的儲氫材料應(yīng)具備的能力：

抗氫損壞、氫腐蝕、氫脆等能力。第三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六正在研發(fā)的儲氫合金通常是把吸熱型的金屬（鐵、鋯、銅、鉻、等）與放熱型金屬（鈦、鋯、鑭等）組合起來，制成適當(dāng)?shù)慕饘匍g化合物，使之起到儲氫的功能。吸熱型金屬：在一定的氫壓下，隨著溫度的升高，氫的溶解性增加。放熱型金屬：在一定的氫壓下，隨著溫度的升高，氫的溶解性降低。第四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六1、稀土儲氫材料在已開發(fā)的儲氫材料中，稀土系儲氫材料性能最佳，應(yīng)用最廣。金屬和金屬間化合物能致密的大量的吸氫的原因：其晶體結(jié)構(gòu)中的原子排列十分緊密，大量的晶格間隙位置可吸收大量的氫。詳見p138第五頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六2、鈦系儲氫材料鈦系儲合金是指具有Laves相結(jié)構(gòu)的AB2型的金屬間化合物，具有儲氫容量高，循環(huán)壽命短等優(yōu)點(diǎn)。AB2型Laves相儲氫合金有鋯基和鈦基兩大類。詳見p139鈦系儲氫合金的典型代表是TiFe，它價格低廉，在室溫下可逆地吸收和釋放大量的氫，最大吸氫量高達(dá)118%。但它與氫氣反應(yīng)生成物很脆，在空氣中會緩慢分解并釋放氫氣而失活，另外還存在活化困難和抗雜質(zhì)氣體中毒能力差等缺點(diǎn)。改變其性能最常用的方法為：元素替代，合金表面改性。第六頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六3、鎂系儲氫合金材料鎂作為一種儲氫材料的優(yōu)點(diǎn)：1、密度小僅1.74g/㎝32、儲氫容量很高M(jìn)gH2的儲氫量達(dá)到7.6%3、價格低廉，資源豐富。缺點(diǎn)：吸放氫條件比較苛刻，速率慢且溫度較高，在堿液中易腐蝕。第七頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六鎂基儲氫合金代表是Mg2NiH4。因資源豐富且價格低廉各國科學(xué)家均高度重視。但是其放氫需要相對高溫下進(jìn)行一般為250-300℃，且動力學(xué)性能較差。元素取代是改善Mg2Ni系儲氫材料合金性能最根本的途徑。表面處理方法：p140第八頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六3.5.2形狀記憶合金1.形狀記憶合金結(jié)構(gòu)與性能形狀記憶合金——能“記憶”起自己受外力作用而變形前的狀態(tài)，并能自動恢復(fù)的合金。形狀記憶合金與其他合金不同主要是存在熱彈性馬氏體，他喊有許多孿晶，對他施加外力容易變形，但其原子結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化。所以講臺在加熱到一定溫度就會發(fā)生你轉(zhuǎn)變，有變成穩(wěn)定的母相。記憶合金應(yīng)具備的三個特點(diǎn)：1、馬氏體是熱彈性類型，2.馬氏體的變形主要通過孿晶取向改變產(chǎn)生，3、母相通常是有序結(jié)構(gòu)。第九頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六具有形狀記憶效應(yīng)的合金有：Ni-Ti體系合金Cu-Zn-Al合金及Cu-Al-Ni系合金。2、形狀記憶合金的應(yīng)用（1），航天工業(yè)天線（2）.合金管接頭（3）.熱能轉(zhuǎn)換裝置形狀記憶合金在發(fā)生馬氏體逆轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生很大的彈力，用此力做功使能量轉(zhuǎn)換把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，電能。（4）.熱敏感驅(qū)動器（5）.醫(yī)學(xué)應(yīng)用詳見p143第十頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六&3.5.3高性能合金1、超塑性合金塑性：當(dāng)材料或物體受到外力作用是，發(fā)生顯著的變化而不立即斷裂的性質(zhì)。延伸率是衡量材料塑性的指標(biāo)。在通常情況下鋼鐵材料的延伸率可達(dá)40%，有色金屬為60%在高溫時也不超過100%，但在某些特定的條件下有些合金的延伸率超過100%第十一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六（1）超塑性機(jī)理只有在特定條件下，金屬才具備超塑性。①有細(xì)小等軸晶粒的②變形溫度約為熔點(diǎn)的0.5-0.65倍③應(yīng)變速率較小，約為10-2-10-4s-1超塑性現(xiàn)象——在適當(dāng)溫度下用較小的應(yīng)變速率使合金產(chǎn)生300%以上的平均延伸率。第十二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六（2）超塑性合金的應(yīng)用尤適于極薄管或板，以及具有微小凹凸表面制品的制造。2、減振合金發(fā)明一種不產(chǎn)生振動噪音的金屬材料來達(dá)到減振、消聲的目的，一直是科學(xué)家們夢寐以求的目標(biāo)。第十三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六減振合金應(yīng)該兼顧高強(qiáng)度和振動消減性好。減振合金之所以具備優(yōu)異的減震性，是由材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)造成的，他依靠材料內(nèi)部易于移動的微觀結(jié)構(gòu)界面，ui機(jī)在運(yùn)動過程中將產(chǎn)生的內(nèi)摩擦較快地轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉，使振動迅速衰減，從而能有效地降低噪聲的產(chǎn)生。目前減振合金有數(shù)十種。詳見p145第十四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六3、硬質(zhì)合金由ⅣB-ⅥB金屬元素和C、N、B形成的金屬化合物硬度都特別高。Ti、Zr、V等與碳的原子半徑關(guān)系，符合rB/rA<0.59,可以形成簡單晶格結(jié)構(gòu)的間隙相，Cr、Mn等金屬原子半徑較小，晶格間隙也較小，與碳原子形成間隙化合物時原金屬晶格發(fā)生顯著變化，形成晶格結(jié)