摘 要

镁基合金是具有良好发展前途的一种固态储氢介质，它具有质量轻、价格低、原料丰富、储氢能力强等优点，但是镁基储氢合金的热力学性质过于稳定，使得其工作温度过高。研究表明纳米化对其热力学性质的提升作用有限，因此开发新型储氢合金有着重要的意义。

本文利用甩带法制备Mg₆₅Ni₂₀Ce₁₀Cu₅金属玻璃，再对Mg₆₅Ni₂₀Ce₁₀Cu₅金属玻璃进行大塑性扭转变形（HPT）处理。利用XRD和氢气氛DSC分析HPT处理对镁基金属玻璃相结构和储氢性能的影响。研究发现，在HPT处理Mg₆₅Ni₂₀Ce₁₀Cu₅金属玻璃基体中引入了缺陷，使得氢的扩散更加容易，吸氢温度降低。但是随着塑性形变加剧，镁基金属玻璃的储氢量却减少，意味着HPT处理引入的缺陷不利于氢的存储。

关键词：镁基金属玻璃；储氢材料；甩带法；大塑性扭转变形

Effect of High Pressure Torsion (HPT) Treatment on Hydrogen Storage property of Mg-based metallic glass

Abstract

Mg-based alloys are considered to be a group of promising solid-state hydrogen storage materials, because of light weight, low price, abundant raw materials and high hydrogen storage capacity. However, the thermodynamics of Mg-based hydrogen storage alloys are too stable, making the working temperature too high. Some study have shown that nanostructuring has little effect on destablizing the thermodynamic properties, so it is of great significance to develop new hydrogen storage alloys.

In this study, Mg₆₅Ni₂₀Ce₁₀Cu₅ metallic glass was prepared by melt spinning, and then the Mg₆₅Ni₂₀Ce₁₀Cu₅ metallic glassy ribbons was treated by HPT. The effects of HPT treatment on the phase transition and hydrogen storage properties of Mg-based metallic glass were analyzed by means of XRD and DSC. It was found that after HPT treatment, abundant defects have been created in the Mg₆₅Ni₂₀Ce₁₀Cu₅ metallic glass, making the diffusion of hydrogen easier. However, the hydrogen storage capacity of the Mg₆₅Cu₅Ni₂₀Ce₁₀ metallic glass decreases with the increase of HPT cycles,indicating the defects introduced by the HPT treatment does not contribute to the storage of hydrogen.

Keywords：Mg-based; Hydrogen storage material; Melt spinning; HPT

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1、引言 1

1.2、储氢合金 2

1.2.1 AB₅型储氢合金 3

1.2.2 AB₂型储氢合金 3

1.2.3 AB型储氢合金 4

1.2.4 A₂B型储氢合金 4

1.2.5 其它型储氢合金 4

1. 3 镁基储氢材料 5

1.3.1 单质镁储氢材料 5

1.3.2 镁基储氢合金 5

1.3.3镁基储氢复合材料 6

1.4 储氢合金的热力学和动力学 6

1.4.1 储氢合金的热力学 6

1.4.2 储氢合金的动力学 7

1.5 镁基储氢材料的改性 8

1.5.1机械合金化 8

1.5.2元素取代 8

1.5.3催化剂添加 9

1.5.4表面改性 9

1.6 镁基金属玻璃储氢材料 9

1.7 本文研究的意义和内容 10

1.7.1 研究意义 10

1.7.2 研究内容 10

第二章 实验仪器和原理 11

2.1 Mg₆₅Ni₂₀Ce₁₀Cu₅金属玻璃的制备 11

2.2大塑性扭转变形（HPT） 11

2.3表征手段 12

2.3.1 X射线衍射分析 12

2.3.2 差示扫描量热分析 12

第三章 HPT处理对Mg₆₅Ni₂₀Ce₁₀Cu₅储氢性能的影响 13

3.1 相结构表征 13

3.2 HPT处理对晶化行为的影响 14

3.3 HPT处理对晶化和氢化行为的影响 17

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 22

致谢 22

第一章 绪论

1.1、引言

当今社会，传统能源的消耗在日益加剧，但是由于其是不可再生能源，所以我们急需找到一种新能源来代替传统能源。而且传统能源引发的环境问题也非常严重，比如过度开采能源导致的环境破坏，还有大气污染、水污染以及全球变暖等其他问题，所以我们迫切需要寻找一种储量丰富且不会引发严重环境问题的新型能源。氢能正是一种理想的新型能源。

氢气是一种可燃性燃料，能够承载能量。氢的易燃性极强，它在发生燃烧反应后的残余物只剩下了水，所以氢是一种被誉为“零排放”的燃料[1]。纯天然存在的单质氢很少，我们只能通过电解水或转化其他能源来得到氢气。虽然氢气是一种“零排放”燃料，但是在制取氢气的过程中不是不会产生污染问题的，这是氢气制取过程中不可避免的问题。所以如果我们能够解决氢气在制取过程中的产生的污染问题，那么氢气将会在完整的制备和应用过程中都不会产生污染，会成为真正意义上的“零污染”燃料。

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