熔体快淬与退火处理对公斤级钒基贮氢合金结构与性能的影响
氢能作为一种重要的清洁能源，已受到越来越多人的关注。贮氢技术是氢能利用的关键技术之一，是国际上关注的前沿研究课题。钒基贮氢合金具有理论吸氢量高、动力学性能好等优点而受到广泛的关注。在用FeV80中间合金代替纯钒开发出低成本V-Ti-Cr-Fe系合金之后，困扰钒基贮氢合金的成本问题得到解决。钒基贮氢合金要实现实用化与产业化，就必要解决合金的公斤级熔炼工艺，同时提高公斤级钒基贮氢合金的吸放氢性能，因此，研究公斤级钒基贮氢合金的微观组织结构及其影响吸放氢性能的微观机理具有重要实际意义，是改善合金性能的必经之路，非自耗真空电弧熔炼作为一种重要的熔炼方法，在冶炼高熔点合金方面具有优势，可通过反复翻转熔炼的方法达到成分均匀的目的。本文选择FeV80中间合金代替纯钒并采用非自耗真空电弧熔炼制备的公斤级V-60%(TiCrFeMn)贮氢合金为研究对象，主要研究了高温退火工艺和熔体快淬工艺对合金微观组织结构与吸放氢性能的影响，重点研究了合金中富Ti的第二相数量变化，Ti是BCC主相中的有效吸氢元素，富Ti的第二相数量减少将增加BCC主相中的有效吸氢元素，从而改善合金性能。
实验选用原材料的纯度为：Ti>99.3%；Cr>99.0%；Mn>99.8%，Ce>99.4%；FeV80中间合金的化学成分(质量分数，%)为：83.14V，1.27Al，0.46Si，0.106Mn，0.02C，0.005P，S<0.005；余量为Fe。合金采用ZDH-5000的真空非自耗电弧熔炼炉熔炼，熔炼时采用氩气(氩气纯度：99.999wt%)保护，试样反复翻身熔炼5遍以保证成分均匀。退火处理在真空钼丝炉中进行，热处理工艺为：1673K下保温30min，随炉冷却。试样直接在空气中破碎至1mm左右，每次称取3g试样用做吸放氢性能测试。合金按如下方法活化：试样在673K下使用机械泵抽真空1h，然后充氢3MPa，在673K下保温20min后缓慢冷却至室温，合金充分吸氢后，进行PCT测试。PCT曲线的测试采用Sieverts-type装置进行。实验中使用氢气的纯度为99.999%。
合金经过高温退火后富Ti的第二相数量变化不大，高温退火并不能有效消除第二相，但高温退火在一定程度上提高了合金的BCC主相的成分均匀性，消除了铸造应力，退火后的合金平台变平，吸放氢性能提高。熔体快淬工艺依然无法消除合金中富Ti的第二相，呈细小弥散分布第二相(富Ti相)在甩带后聚集长大，合金经过熔体快淬后，吸氢量降低，平台变短，平台斜率增加。高温退火与熔体快淬均不能有效消除合金中富Ti的第二相，根本原因在于第二相(富Ti相)的结构与BCC主相的结构差异大。(榕霖)
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