اثر فرآیند ذوب مجدد بر ریزساختار و مشخصه جذب و واجذب آلیاژ جاذب هیدروژن MmNi4.8Al0.2

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 محقق، کارشناس ارشد متالورژی مهندسی مواد و متالورژی، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ‌ایران.

2 استادیار، مهندسی مواد و متالورژی؛ مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ‌ایران.

3 استاد، مهندسی مواد و متالورژی؛ مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ‌ایران.

4 محقق، کارشناس ارشد متالورژی مهندسی مواد و متالورژی، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران،‌ ایران.

چکیده

در این پژوهش، اثر فرآیند ذوب مجدد VAR و VIM آلیاژ جاذب هیدروژن MmNi4.8Al0.2 بر ریزساختار و مشخصه‌های جذب و واجذب هیدروژن بررسی شد. آلیاژ اولیه به روش ذوب القایی تحت خلأ تهیه و توسط فرآیندهای VIM و  VAR ذوب مجدد شدند. آنالیز ریزساختاری و فازی توسط SEM و XRD انجام و مشخصه‌های جذب و واجذب با آزمون سیورت ارزیابی شد. ریزساختار شامل فاز زمینه، فاز دوم در اثر جدایش Al، تخلخل و ترک است. فاز دوم در آلیاژ اولیه و آلیاژ ذوب مجدد شده در VAR، مقادیر ناچیزی از عناصر La و Ceرا داراست و فاز دوم در آلیاژ ذوب مجدد شده در VIM در فاز زمینه حل شده و یا به مقدار بسیار ناچیزی کاهش پیدا کرده است. همچنین ذوب مجدد، فشار جذب را در آلیاژ ذوب مجدد شده به روش VAR و VIM به‌ترتیب از مقدار 28/7 به 13/7 و bar 49/5 ؛ فشار واجذب را به ترتیب از مقدار 86/22 به 55/21 و bar 17/18 کاهش و میزان ذخیره‌سازی هیدروژن را از41/1 به 42/1 و wt% 46/1 افزایش داده است. نتایج نشان داد که هر چه میزان همگنی ترکیب بیشتر می‌شود، یا به‌عبارت‌دیگر هرچه میزان فاز دوم کاهش پیدا می‌کند، فشار جذب و واجذب کمتر شده و ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتر می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effects of Remelting on the Microstructure and Absorption/Desorption Characteristics of MmNi4.8Al0.2 Hydrogen Storage Alloy

نویسندگان [English]

  • Mohammad judaki 1
  • masumeh seifollahi 2
  • seyed Mahdi Abbasi 3
  • seyed Mahdi Ghazi Mir Saeed 4
1 M.Sc. Researcher, Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Malek Ashar University of Technology, Tehran, Iran.
2 Assistant professor, Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Malek Ashar University of Technology, Tehran, Iran.
3 Professor, Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Malek Ashar University of Technology, Tehran, Iran.
4 M.Sc. Researcher, Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Malek Ashar University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

In this article, the effects of VIM and VAR remelting processes are investigated on the microstructure and absorption/desorption characteristics of MmNi4.8Al0.2 hydrogen storage alloy. The main alloy prepared in a Vacuum induction furnace and remelted in VIM and VAR. The microstructures and phases were analyzed with SEM and XRD. Hydrogen absorption/desorption characteristics is performed on Sievert apparatus. The results showed that the microstructure is consisting of matrix, second phase as a result of Al segregation, porosities and cracks. The second phases in the main alloy and VAR remelted have low content of La and Ce. This phase is solutionized or decreased to low level in VIM remelted alloy. Remelting, also, declined the absorption pressure to 21.55 and 18.17 bar and the desorption pressure to 7.13 and 5.49 bar in VAR and VIM remelted alloy, but increased the hydrogen storage capacity increased to 1.42 and 1.46 wt%  respectively. The more the homogeneity degree, the less the absorption/desorption pressure and the more the hydrogen storage capacity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrogen storage
  • MmNi4.8Al0.2 Alloy
  • VIM and VAR Remelting
  • PCT curves
  • Microstructure
Kazakov A, Blinov D, Romanov I, Dunikov D and Borzenko V. Metal hydride technologies for renewable energy, E3S Web of Conference 2019; 114: 5005-5012
[1]
Colbe J B, Ares J R, Barale J, Baricco M, Buckley C, Capurso G and et. al. Application of hydrides in hydrogen storage and compression: Achievements, outlook and perspectives, international journal of hydrogen Energy 2019; 44: 7780-7808
[2]
Todorova St, Rangelova V, Mihaylov L and Spassov T. Effect of hydrogen induced decrepition on the hydrogen sorption properties of MmNi5, International journal of electrochemical science 2020; 15: 4900-4907.
[3]
Yang F S, Chen X Y, Wu Z, Wang S M, Wang G X, Zhang Z X and Wang Y Q.  Experimental Studies on The Poisoning Properties of a Low-Plateau Hydrogen Storage Alloy LaNi4.3Al0.7 Against CO impurities, International Journal of Hydrogen Energy 2017; 42: 16225-16234
[4]
Uchida H and Kuji T. Hydrogen solubility in rare earth based hydrogen storage alloys. International Journal of Hydrogen Energy 1999; 249: 871-877
[5]
Kazemipour M, Salimijazi H, Saidi A, Saatchi A, Mostaghimi J and Pershin L.
The electrochemical hydrogen storage properties of Ti0.72Zr0.28Mn1.6V0.4 alloy
synthesized by vacuum plasma spraying and vacuum copper boat induction melting: A
comparative study, International Journal of Hydrogen Energy2015; 40, 15569-
15577
[6]
Sims C T, Stoloff N S, and Hagel W C, Superalloy II, John Wiley & Sons, New York, 1987
[7]
Kondo M, Asano K, Iijima Y. Effect of nickel addition and microstructure on absorption and desorption behavior of hydrogen in LaNi5, Journal of Alloys and Compounds 2005; 393: 269-273
[8]
Young K, Fetcenko M, Li F, and Ouchi T, Structural, thermodynamic, and electrochemical properties of TixZr1−x(VNiCrMnCoAl)2 C14 Laves phase alloys, Journal of Alloys and Compounds 2008; 464: 238-247
[10]
yuan X. Study of Hydrogen diffusion behaviour in AB5 hydrogen storage alloy electrode, Int. J. of Hydrogen energy 2004; 39: 16006-16014
[11]
Zhang Y, Hou Z, Cai Y, Hu F, Qi Y and Zhao D. Electrochemical hydrogen storage behavior of as-cast and as-spun RE-Mg-Ni-Mn based alloys applied to Ni-MH battery 2016; 107: 824-834
[12]
Millet P. Advances in Hydrogen Production, Storage and Distribution, Elsevier 2014; 1st ed: 368
[13]
King H W, Payzant E A, Error corrections for X-Ray powder diffractometry, Canadian Metallurgical Quarterly 2000; 40: 385-394
[14]
Kumar E A, Maiya M P, Murthy S S and Viswanathan B, Structural, hydrogen storage and thermodynamic properties of some mischmetal–nickel alloys with partial substitutions for nickel. Journal of Alloys and Compounds 2009; 4761: 92-97
[15]
Briki C and Jemni A, Measument of expansion of LaNi5 compacted powder during hydrogen absorbtion/desorption cycles and their influences on the reactor wall, international journal of hydrogen Energy 2019; 44: 13647-13654
[16]
Sharma V K and Anil Kumar E, Metal hydrides for energy applications – classification, PCI characterisation and simulation. International Journal of Energy Research 2017; 417: 901-923.
[17]
Percheron-Guégan A, Lartigue C, Achard J, Germi P and Tasset F. Neutron and X-ray diffraction profile analyses and structure of LaNi5, LaNi5− xAlx and LaNi5− xMnx intermetallics and their hydrides (deuterides). Journal of the Less Common Metals 1980; 741: 1-12
[18]
Lundin C, Lynch F and Magee C. A correlation between the interstitial hole sizes in intermetallic compounds and the thermodynamic properties of the hydrides formed from those compounds. Journal of the Less Common Metals 1977; 561: 19-37
[19]
Casini J C S, Effect of Sn substitution for Co on microstructure and electrochemical performance of AB5 type La0.7Mg0.3Al0.3Mn0.4Co0.5–xSnxNi3.8 (x=0–0.5) alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2015; 25: 520-526.
[20]
Flanagan T B, Park C and Everett D, Hysteresis in metal hydrides: An illustration of entropy production. Journal of Chemical Education 1987; 944: 6411-6417.
[21]