【摘 要】
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金属铝水解可以制备氢气,但是由于铝的表面容易生成致密的Al2O3氧化膜,使得铝水解反应在常温常压下无法持续进行。通过金属元素掺杂可以有效提高铝的水解制氢性能,主要的添加元素有Ni、Co、Fe、Cu、Zn、Sn和Bi等。相图是材料设计的理论基础,因此,开展铝基水解制氢合金相图的实验研究和热力学计算,对该类合金的设计具有十分重要的指导意义。本研究利用显微组织观察、电子探针成分分析及X射线衍射分析等技术
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金属铝水解可以制备氢气,但是由于铝的表面容易生成致密的Al2O3氧化膜,使得铝水解反应在常温常压下无法持续进行。通过金属元素掺杂可以有效提高铝的水解制氢性能,主要的添加元素有Ni、Co、Fe、Cu、Zn、Sn和Bi等。相图是材料设计的理论基础,因此,开展铝基水解制氢合金相图的实验研究和热力学计算,对该类合金的设计具有十分重要的指导意义。本研究利用显微组织观察、电子探针成分分析及X射线衍射分析等技术,对部分铝基水解制氢合金三元系相图进行了实验研究。在实验结果的基础上,利用CALPHAD方法,对部分铝基水解制氢合金三元系相图进行了热力学优化与计算。主要研究成果如下:（1）实验测定了 Co-Sn-Ni三元系在700℃和1000℃时的等温截面相图。实验结果表明:βCo3Sn2相和Ni3Sn2（h）相形成了 一个连续固溶的化合物相（Ni,Co）3Sn2,在Co-Ni侧形成了一个连续固溶体相（αCo,Ni）。Co在Ni3Sn（l）和Ni3Sn4相中的最大固溶度分别约为6.9 at.%和25.6 at.%;Ni在CoSn相中的最大固溶度约为15.9 at.%。（2）实验测定了 Co-Sn-Fe三元系在800℃和1000℃时的等温截面相图。实验结果表明:在800℃时,Fe在CoSn和βCo3Sn2相中的最大固溶度分别约为28 at.%和32 at.%,Co在Fe5Sn3相中的最大固溶度约为30 at.%。在1000℃时,在Co-Fe侧形成了一个连续固溶体相（αCo,γFe）,Fe在βCo3Sn2相中的最大溶解度约为 52 at.%。（3）本研究利用CALPHAD方法,在相关实验结果的基础上,建立合理的热力学模型,对Al-Sn-Co、Al-Sn-Fe、Co-Sn-Ni和Co-Sn-Fe各三元系相图进行了热力学优化与计算,计算结果与实验结果取得了良好的一致性。并利用本研究优化所得的热力学参数,外推计算了各三元系在其他温度时的等温截面相图以及纵截面相图,为铝基水解制氢合金热力学数据库的建立提供了基础的热力学参数。
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