Nb-Ti-Fe渗氢合金成分优化设计和氢传输性能研究

目前,围绕VB族金属(Nb、V和Ta)及其合金开发廉价和高渗氢性能的合金膜材料成为研究的热点.基于此,本工作围绕Nb-Ti-Fe渗氢合金体系,即Nb10Ti50+xFe40-x和Nb15Ti45+xFe40-x(x=0,5,10)合金,开展了一系列研究.首先通过SEM、EDS和XRD等对其显微结构特征进行了表征;在此基础上,利用氢渗透测试仪和Devanathan-Stachurski型电解池测量上述合金的氢传输性能,如氢渗透、氢扩散和氢溶解性能;最后阐明了合金成分、组织、氢传输性能之间的本征关系.研究结果表明,六种Nb-Ti-Fe三元合金均具有双相结构特征,即由TiFe相和α-Nb相组成,尽管个别成分中含有少量的NbFe相.此外,上述合金中,随着Ti/Fe比率的升高(即x值↑),共晶相体积分数增大,相反,初生TiFe相含量减少,伴随上述变化,合金的氢渗透性能变好,但抗氢脆性能变差,上述结果进一步证实了组织中的初生TiFe相和共晶相起抗氢脆作用,而α-Nb固溶体相起渗氢作用.Nb10 Ti55 Fe35合金在673 K下具有最优的渗氢性能,即:其氢渗透系数为3.28×10-8 mol H2 m-1·s-1·Pa-1/2,是相同实验条件下纯Pd的2.1倍.上述结果还远高于文献报道中的Nb12Ti52Fe36(2.9×10-8 mol H2 m-1·s-1·Pa-1/2).本工作证实了成分优化设计可以很好地调控合金的显微组织结构,进而获取综合性能良好的Nb-Ti-Fe渗氢合金.