《Nb-Ti-Ni系氫分離合金冷坩堝定向凝固相選擇特性與滲氫性能》是依託哈爾濱工業大學，由李新中擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Nb-Ti-Ni系氫分離合金冷坩堝定向凝固相選擇特性與滲氫性能
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李新中
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
採用自主開發的冷坩堝定向凝固技術研究Nb-Ti-Ni系氫分離合金相選擇特性與滲氫性能，發揮其無熔體污染、較高溫度梯度、適於製備大尺度試樣的優勢，解決長久以來採用整體凝固鑄造方法製備該合金遇到的滲氫相晶粒隨機分布導致滲氫性能低的突出問題。通過相圖熱力學計算，獲得三元Nb-Ti-Ni合金中 Nb-TiNi共晶溝相平衡信息，揭示該合金冷坩堝定向凝固相選擇特性，分析初生相與共晶相的競爭生長機制，並通過巨觀物理場與微觀共晶凝固模型相耦合，構建對流作用下定向凝固共晶合金相選擇模型，同時揭示合金成分、凝固參數、凝固組織與滲氫性能之間的本徵關係，闡明氫滲透機制，確立採用冷坩堝定向凝固技術製備具有高氫滲透度及抗氫脆性能的Nb-Ti-Ni系氫分離合金的技術條件。
結題摘要
高純氫在電子工業、航空航天、燃料電池和核聚變等領域有非常重要的套用。天然氣重整是目前製備氫氣的主要途徑，但該方法獲得的氫氣純度低，必須進一步進行提純。採用氫分離合金通過膜分離的方法是氫氣提純的重要手段。目前，工業套用的氫分離金屬膜材料是非常昂貴的Pd-Ag合金。本項目旨在開發Nb-Ti-Ni系的低成本、高性能氫分離合金。 本項目通過耦合微觀偏析模型的相圖熱力學計算，獲得了三元Nb-Ti-Ni氫分離合金bcc-Nb相區內潛在的凝固路徑，確立了可滲氫區域的成分區間及凝固條件。提出了凝固路徑預測、凝固組織調控與氫滲透性能最佳化相結合，開發高性能Nb-Ti-Ni系氫分離合金的新思路。進一步採用元素替代法進行晶格間隙的氫溶解和擴散調控，即Co替代Ni，Hf置換Ti等，開發了Nb-Ti-Ni(Co)，Nb-Ti(Hf)-Ni和Nb-Hf-Co系新型高性能氫分離合金。在此基礎上，首次採用定向凝固技術，對晶界結構進行調控，實現了氫滲透和抗氫脆性能的同時提高。由此確立了原子尺度晶格間隙、納米尺度晶界和微米尺度凝固組織的多尺度結構調控最佳化氫傳輸性能的理論和技術體系。本項目研究為開發和製備高性能Nb-Ti-Ni系氫分離合金提供了理論和技術依據，且構建了具有自主智慧財產權的氫傳輸行為表征系統和理論體系。本項目研究已發表26篇SCI論文，其中4篇論文發表在本領域top1、中科院1區Journal of Membrane Science(影響因子5.557)；另外，在本領域著名國際期刊International Journal of Hydrogen Energy發表5篇論文，受到國際同行的高度評價。目前，與德國耶拿大學相圖熱力學計算專家Markus Rettenmayr教授、德國哥廷根大學冶金物理學家R. Kirchheim教授、荷蘭埃因霍芬理工大學氫分離膜材料研究專家A. Fousto教授建立了深入合作。
