XVII Международный Российско-Китайский Симпозиум
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ
18 – 22 августа 2025 г.
Екатеринбург
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Аспирант 3 курса, заведующий учебной лабораторией и ассистент преподавателя в НИТУ МИСИС. Область научных интересов: сплавы для хранения водорода, «высокоэнтропийные сплавы», механохимический синтез сплавов, структурные исследования
Король Артем Алексеевич
В данной работе исследованы фазовый состав, структура и водородсорбционные свойства многокомпонентного сплава Ti-V-Nb-Cr-Mn, полученного методом электродуговой выплавки. Для определения структурны и фазового состава использовались рентгенофазовый анализ и СЭМ с ЭДС приставкой. Установлено, что в исходном состоянии сплав состоит преимущественно из ОЦК-фазы, а после взаимодействия с водородом образуется ГЦК гидрид. Исследования водородсорционных свойств показали, что сплав не требует предварительной активации и способен обратимо поглощать до 2,77мас. % водорода при комнатной температуре. Однако, дегидрирование образца происходит при температуре 300°С. Образование ГЦК гидрида происходит до температур 123°С. ДСК анализ показал, что при нагреве выше 800°С происходит расслоение образца и образование оксидов, а при 500°С в образце происходят релаксационные процессы. Полученные результаты демонстрируют перспективность дальнейшего исследования данного сплава в направлении обратимого хранения водорода
In this paper, the phase composition, structure, and hydrogen absorption properties of a multi-principal-component Ti-V-Nb-Cr-Mn alloy obtained by electric arc melting is investigated. X-ray diffraction analysis (XRD) and SEM equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) were used to determine the structural and phase composition. It has been established that in the initial state the alloy consists mainly of a BCC phase, and after interaction with hydrogen, a FCC hydride is formed. Studies of hydrogen absorption properties have shown that the alloy does not require prior activation and is capable of reversibly absorbing up to 2.77wt. % hydrogen at room temperature. However, hydrogenation process occurs at a temperature of 300 ° C. The formation of FCC hydride occurs up to temperatures of 123 °C. DSC analysis showed that when heated above 800 °C, the sample is decomposed and number of oxides are formed. Relaxation processes occur in the sample at 500 °C. The results obtained demonstrate the prospects for further research of this alloy in the direction of reversible hydrogen storage.
In this paper, the phase composition, structure, and hydrogen absorption properties of a multi-principal-component Ti-V-Nb-Cr-Mn alloy obtained by electric arc melting is investigated. X-ray diffraction analysis (XRD) and SEM equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) were used to determine the structural and phase composition. It has been established that in the initial state the alloy consists mainly of a BCC phase, and after interaction with hydrogen, a FCC hydride is formed. Studies of hydrogen absorption properties have shown that the alloy does not require prior activation and is capable of reversibly absorbing up to 2.77wt. % hydrogen at room temperature. However, hydrogenation process occurs at a temperature of 300 ° C. The formation of FCC hydride occurs up to temperatures of 123 °C. DSC analysis showed that when heated above 800 °C, the sample is decomposed and number of oxides are formed. Relaxation processes occur in the sample at 500 °C. The results obtained demonstrate the prospects for further research of this alloy in the direction of reversible hydrogen storage.
Участник 15
Multi-principal-component alloy based on TiVNbCrMn as materials for reversible hydrogen storage
Вопросы участнику
- Вопрос:Высокоэнтропийных сплавы сейчас действительно крайне популярны в различных направлениях, в том числе и в водородной энергетике. Скажите пожалуйста, как по вашему мнению можно максимизировать объем водорода, который способен абсорбировать мультикомпонентный сплав без потери механических свойств? Как вы рационализируете выбор химического состава сплава и как каждый компонент влияет на стабильность сплава и на его абсорбирующие способности?Ответ Участника:Спасибо большое за такой интересный и крайне важный вопрос! К сожалению, ответить на него в полном объеме в данном письме представляется невозможным, поскольку он охватывает довольно большое количество различных аспектов в теме накопления водорода. Поэтому, ответы на Ваши вопросы будут коротко написаны ниже.
1. Согласно недавним исследованиям, максимизировать количество поглощаемого водорода возможно путем сплавления различных гидридообразующих металлов (например, Ti,Zr,Nb) в определенных концентрациях и легирования их элементами, улучшающими водородсорбционные свойства. Среди таких сплавов, согласно теоретическим расчетам, накапливать относительно большое количество водорода способны сплавы формирующиеся в однофазном состоянии и имеющие объемоцентрированную кубическую решетку. Однако, на сегодняшний день многокомпонентных сплавов наибольшую емкость (около 3.3% массовой доли) имеет двухфазных сплав, состоящий из ОЦК и фазы Лавеса. Что касается увеличения емкости исходных МБК сплавов (не включающих легирование другими элементами), предполагается, что использование некоторые методы экстремального получения материалов (например, сверхбыстрая закалка) позволит добиться улучшения емкости водорода без потери механических свойств.
2. В выборе элементов будущих сплавов мы придерживаемся пути использования различных гидридообразующих металлов. Какие элементы будут использоваться предлагается выбирать из термодинамической оценки возможности формирования однофазных твердых растворах. Оценка проводится исходя из расчета, проводимого по модели Миедемы, которая вычисляет изменение энтальпии образования бинарного сплава при разных концентрациях элементов. Чем меньше абсолютное значение этих параметров, тем более вероятно образование идеального однофазного раствора в системе.
3. Большое количество работ посвящены изучения влияние различных легирующих элементов на водородсорбционные свойства многокомпонентных сплавов. К наиболее распространенным легирующим элементам можно отнести V, Cr, Ni, Mn. Введение ванадия приводит к снижению давления плато вместе с его сильным размытием (которое становится сложно выделить). Однако, в это же время наблюдается увеличение поглощаемого водорода, что можно объяснить повышенным сродством ванадия к водороду. Легирование Mn способствует улучшения водородсорбционных характеристик (как емкостных, так и кинетических) без снижения водородсорбционная емкости. Легирование хромом приводит к небольшому снижению равновесного давления и позволяет улучшить циклическую стабильность сплава. Добавление такого элемента, как Ni приводит к повышению давления плато, увеличению его длины (т.е. увеличению обратимой емкости сплава) и уменьшению размытости изотермы p-C. С другой стороны, никель известен тем, что улучшает реакцию поглощения водорода, что выражается в повышенной скорости поглощения водорода.
Если Вы захотите изучить подробнее про легирующие элементы или расчеты сплавов - напишите мне и я пришлю Вам литературные источники.
