磁场凝固处理对贮氢合金微结构和电化学性能的影响

外加磁场可以使材料的固态相变过程发生变化从而影响材料的微观组织结构和电化学特性。本项目主要研究稀土贮氢合金和镁基贮氢合金熔体冷却凝固过程中外加磁场对合金凝固行为影响的作用机制，考察贮氢合金熔体在冷却凝固过程中微观组织结构、形貌、表观状态以及成分的均匀性等与磁场强度和方向的关系；探索磁场中稀土贮氢合金凝固组织演化和晶体生长规律；研究外加磁场下凝固对贮氢合金宏观偏析和晶粒细化的影响规律和作用机制，探讨磁场凝固处理对贮氢合金吸放氢特性和电化学性能的影响效应；研究磁场凝固处理抑制贮氢合金宏观偏析、晶界偏析和晶格缺陷，促进晶内合金成分均匀化及晶界偏聚元素合金化，细化晶粒，实现贮氢合金组织结构和性能的调控，提高贮氢合金的综合性能；研究磁场作用下贮氢合金制备的新理论、新方法及相关技术。

本项目研究了稀土贮氢合金和镁基贮氢合金熔体冷却凝固过程中外加磁场对合金凝固行为影响的作用机制。通过X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）及X射线能量散射谱（EDS）等技术，考察了贮氢合金熔体在冷却凝固过程中微观组织结构、形貌、晶粒大小及成分的均匀性等与磁场强度和方向的关系；并利用电化学分析手段，验证了磁场作用下凝固处理对贮氢合金电化学性能的改善；提出了磁场作用下熔体快淬处理这样一种提高AB5型及Mg2Ni型贮氢合金综合性能的新方法及新技术。.　　对低钴型MlNi4.1Co0.25Mn0.4Al0.25以及低温型MlNi3.4Co0.75Mn0.4Al0.25B0.2稀土贮氢合金进行磁场作用下凝固处理，结果表明：磁场凝固处理没有改变合金的CaCu5型晶体结构，但晶胞体积增大；磁场处理使合金初始放电容量、活化性能、放电平台电位都有所提高，循环寿命得到改善。对低温型MlNi3.4Co0.75Mn0.4Al0.25B0.2合金的研究表明：合金均具有CaCu5型六方结构的同时出现了少量CeCo4B第二相，且随磁场强度增大合金第二相含量增加。但是磁场处理使合金电化学容量有所下降。.　　结合磁场作用与快淬处理，对MmNi3.6Co0.7Mn0.4Al0.3高钴型贮氢合金和MlNi3.6Co0.35Mn0.5Al0.3Cu0.25低钴型贮氢合金进行了改性研究，发现磁场作用下快淬处理使得晶粒细化，并容易形成具有方向性的柱状晶结构，晶胞参数有所增大，但是都不影响CaCu5型晶体结构。电化学测试显示快淬使得合金合金循环性能变好，但是容量降低，而施加磁场之后可以消除这种负面影响。.　　对于Mg2Ni贮氢合金的磁场快淬处理也得到类似的结构，除此之外，磁场的施加使得合金的成分更加均匀，消除了非贮氢杂相。方向性的柱状晶结构使得合金的电化学反应活性能大大提高，并且在碱液中更耐腐蚀。在Mg2Ni中掺杂一定的Mn之后可以提高合金的非晶形成能力，并且由于生成新相Mg3MnNi2使得合金吸放氢性能得到改善。磁场快淬处理之后，由于磁场对不同金属原子洛伦磁力大小不同，运动轨迹也不一致，可以抑制其结晶，使得合金晶粒显著的细化。并且Mg3MnNi2相的分布也更均匀。因而使得电化学性能也得到明显改善。这为制备非晶材料提供了一种潜在的新方法。