表面層對(duì)鎂基儲(chǔ)氫合金有那些影響？

一般認(rèn)為，合金的儲(chǔ)氫量、金屬氫化物生成焓、合金的 p-C-T 特性、氫在合

金中的擴(kuò)散、吸放氫過程中的相變和體積膨脹等與合金的種類、成分和晶體結(jié)構(gòu)

等相關(guān)；而合金的活化性能、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能等與其表面特性相關(guān)

合金的表面

層在吸放氫過程中起著重要的作用，在固氣反應(yīng)中，由于儲(chǔ)氫合金的表面催化作

用，氣體在合金表面解離成氫原子，氫原子向合金內(nèi)部擴(kuò)散，并留在金屬原子間

隙中。當(dāng)體系升溫時(shí)，氫又被釋放出來。反復(fù)吸放氫，合金體積發(fā)生反復(fù)膨脹和

收縮，*終導(dǎo)致微粉化，使合金的熱傳導(dǎo)性能降低。此外，合金與一些酸溶液反

應(yīng)時(shí)，表面容易形成鈍化膜，從而使合金失去活性。表面處理是對(duì)合金表面進(jìn)行

化學(xué)或者物理處理，目前研究的方法主要有以下幾種：  

①  氟化處理

氟化處理就是在 HF 或含氟溶液中處理儲(chǔ)氫合金，在氟化物形成的過程中，pH

值的特征有三個(gè)典型的階梯狀變化過程。在氟化的初期階段，合金表面的氧化物

逐漸溶解；**階段形成氟化物，在表面形成一層富 Ni 層；伴隨著 pH 值移向堿

性而形成氫氧化物。氟化物層的形成有利于比表面積的增大與顆粒細(xì)化，促進(jìn)氫

透過點(diǎn)的增加，同時(shí)這層氟化物也可保護(hù)表面，防止水、空氣、碳酸氣及一氧化

碳等雜質(zhì)的侵害，對(duì)分子和離子態(tài)氫有選擇性透過的性質(zhì)，發(fā)揮促進(jìn)位于其下層

的富 Ni 層長的單原子化的效果。氟化處理提高了合金的吸氫量，縮短活化周期，

改善合金的吸放氫性能。

應(yīng)用氟化處理技術(shù)來改善 Mg 基合金的表面特性，結(jié)果表明，合金經(jīng)

表面處理后,  氫化性能有所提高,  處理后的合金在比較溫和的條件下表現(xiàn)出良好

的吸氫性能,  一般在 313 K 就可以吸氫。Liu 等對(duì)氟化處理后的 Mg2Ni 在較低溫

度下的氫化行為進(jìn)行了研究，在 333，318  甚至 303 K,  氟化處理 Mg2 Ni 在*初的

30  min 內(nèi)均可迅速活化，3  h 后吸氫量相當(dāng)于 Mg2 NiH0.1。他認(rèn)為氟化處理去除了

合金表面的氧化膜，形成了與氫有較好親和力的 MgF2，加快了 Mg2 NiH4的形核。

SEM 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氟化處理后 Mg2 Ni 在晶界上出現(xiàn)了裂紋，這些微裂紋為氫原子從

表面向合金內(nèi)部的擴(kuò)散提供了通道，加快了*初的吸氫速度。

②  機(jī)械合金化

對(duì) Mg-Ni 系儲(chǔ)氫合金表面處理*有效的方法是機(jī)械合金化(MA)。這種方法

是在氬氣或氫氣氣氛下，在機(jī)械驅(qū)動(dòng)力作用下，使非平衡相形成和轉(zhuǎn)變，同時(shí)合

金粉末的組織結(jié)構(gòu)也逐步細(xì)化，達(dá)到不同組元原子間相互滲透和擴(kuò)散的目的，發(fā)

生合金化反應(yīng)。Chen Y 等人在室溫氫氣氣氛下，通過金屬粉末機(jī)械合金化，制

得了 MgH2。研究結(jié)果表明，在磨碎過程中，磨球碰撞造成金屬粉末的粉化和分解，

對(duì)氫化反應(yīng)起到重要作用。

表面層對(duì)鎂基儲(chǔ)氫合金有那些影響？

已有研究表明，鎂系合金中添加 Ti、Al、Y 等元素可在一定程度上抑制表面

氧化層的形成。在提高儲(chǔ)氫合金的放電容量，減緩腐蝕，提高循環(huán)穩(wěn)定性等方面

具有積極的作用。

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