液态锤砧快速凝固V-Al-Fe(…)滤氢合金多尺度结构调控与氢传输性能
批准号:
51771066
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
李新中
依托单位:
学科分类:
E0102.金属材料制备与加工
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
郭景杰、黄菲菲、史浩男、尹相鑫、张亦弛、杨宇昕
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中文摘要
基于滤氢金属膜的氢气提纯是氢能源产业化应用的核心内容。目前工业应用的滤氢金属膜是极为昂贵的钯合金,亟待开发低成本、高性能的新型膜材料。本项目拟采用液态锤砧快速凝固技术制备V-Al-Fe(…)新型滤氢合金,深入考察不同凝固条件下组织形成规律及其多尺度结构特征,揭示多尺度结构与氢溶解、扩散和渗透等传输行为的内禀关系,阐明氢渗透过程氢与多尺度结构相互作用对氢脆、氢渗透稳定性和持久性的影响规律及机制,从而确立多尺度结构调控技术路线,全面优化合金氢传输性能。本项目既瞄准工业氢气提纯领域对低成本、高性能滤氢金属膜应用的迫切需求,亦可为我国开发具有自主知识产权的新型V基滤氢合金提供思路和理论基础。
英文摘要
The purification of hydrogen gas based on hydrogen permeable metal membranes is one of the central parts for hydrogen energy economy. It is desirable to develop new metal membrane materials with lower cost and higher performance to replace the precious Pd-based alloy membranes which are presently used in industry. Rapid solidification technology based on splat quenching method is used to prepare a new kind of hydrogen permeable membranes of V-Al-Fe(…) alloys. The formation and evolution of solidification structure and its multiscale structure characteristics are investigated. The relationship is built between the multiscale structure and hydrogen transport properties including hydrogen solubility, diffusivity and permeability. The hydrogen embrittlement, hydrogen flux stability and durability during long-term hydrogen permeation are investigated and the potential mechanisms are discussed in the context of the hydrogen-metal interaction. These generate an effective route to modulate the multiscale structure for the significant improvement in hydrogen transport properties of the alloys. This work provides a new idea to prepare low cost and high performance hydrogen permeable metal membranes of V-based alloys.
滤氢金属膜是氢气提纯、高纯氢气制备的核心材料,广泛应用于电子工业、航空航天、燃料电池和核聚变等领域。目前,工业应用的膜材料是贵金属Pd及其合金。本项目基于晶格匹配,开发了V-Al-M(M:Fe,Cr,Ni,Co…)系列滤氢合金。通过在V中添加M和Al,显著降低氢溶解,提高抗氢脆性能;另外,M原子半径小于V,Al原子半径大于V,M和Al同时添加可实现与纯V相近的晶格,确保低氢溶解下保持高氢扩散特性,达到渗氢性能和抗氢脆性能的良好匹配。系统研究了V-Al-M系合金铸态组织和氢传输性能。其中,V90Cr5Al5具有最低的氢溶解和最高的氢扩散性能,在623 K纯氢气氛下的氢渗透系数为2.5×10-7molH2m-1s-1Pa-0.5 (Pd的16倍)。在V90Cr5Al5基础上,添加Cu元素,开发了具有bcc-(V)和fcc-(Cu)的双相固溶体型的氢分离合金。fcc-(Cu)相的引入明显提高了钒合金的塑性变形能力,通过冷轧加工制备了厚度0.1mm的薄膜。热处理后,(V90Cr5Al5)90Cu10表现出最优的渗氢流量和抗氢脆性能。进一步研究了模拟工业环境下,轧制热处理 (V90Cr5Al5)90Cu10合金膜的膜表面不同气体竞争吸附条件下的氢传输行为与机制。本项目研究已发表15篇SCI论文,其中5篇论文发表在本领域top1期刊Journal of Membrane Science;另外,在国际著名期刊International Journal of Hydrogen Energy、Separation and Purification Technology发表多篇论文。1篇论文获《特种铸造及有色合金》年度优秀论文。授权国家发明专利2项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Enhancement of hydrogen permeation stability at high temperatures for Pd/Nb30Ti35Co35/Pd composite membranes by HfN intermediate layer
HfN中间层增强Pd/Nb30Ti35Co35/Pd复合膜高温氢渗透稳定性
DOI:10.1016/j.memsci.2021.120062
发表时间:2021-11
期刊:Journal of Membrane Science
影响因子:9.5
作者:Xiao Liang;Xinzhong Li;Ruirun Chen;Hiromi Nagaumi;Jingjie Guo;Dongmei Liu
通讯作者:Dongmei Liu
Hydrogen diffusivity of Nb56-xWxTi23Co21 alloys under non-dilute conditions and its analysis based on hydrogen chemical potential
Nb56-xWxTi23Co21合金非稀释条件下的氢扩散系数及其基于氢化学势的分析
DOI:10.1016/j.jallcom.2019.05.324
发表时间:2019-08
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Kunjun Zhu;Xinzhong Li;Yuxin Yang;Ruirun Chen;Yanqing Su;Jingjie Guo;Dongmei Liu
通讯作者:Dongmei Liu
3D morphology and growth mechanism of cubic a-Al(FeMnCr)Si intermetallic in an Al-Si cast alloy
Al-Si 铸造合金中立方 a-Al(FeMnCr)Si 金属间化合物的 3D 形貌和生长机制
DOI:--
发表时间:2020
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:Dongtao Wang;Xiaozu Zhang;Hiromi Nagaumi;Xinzhong Li;Haitao Zhang
通讯作者:Haitao Zhang
Improving hydrogen permeability and sustainability of Nb30Ti35Co35 eutectic alloy membrane by substituting Co using Fe
Fe替代Co提高Nb30Ti35Co35共晶合金膜的氢渗透性和可持续性
DOI:10.1016/j.ijhydene.2020.08.101
发表时间:2020-09
期刊:International Journal of Hydrogen Energy
影响因子:7.2
作者:Kunjun Zhu;Xinzhong Li;Guohuai Liu;Yuxin Yang;Jingjie Guo;Zhaodong Wang;Dongmei Liu
通讯作者:Dongmei Liu
DOI:--
发表时间:2020
期刊:特种铸造及有色合金
影响因子:--
作者:李新中;张乐;朱坤军;张锦研
通讯作者:张锦研
V-Cr-Al单晶外延生长Mo2C催化膜的可控制备及协同氢分离机制
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:李新中
- 依托单位:
国内基金
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