新型KSi储氢合金的制备及性能研究

由轻质元素构成的KSi合金是储氢材料研究的热点之一。KSi合金具有较高的储氢容量，较低的吸/放氢温度和良好的循环稳定性，具有潜在的应用前景。但合金存在合成困难和吸/放动力学性能缓慢等问题，制约了其发展和应用。本项目通过高压烧结辅以低压自提纯法实现高纯KSi合金的制备，突破了KSi合金难以高纯度制备的难点；通过KH替代K实现KSiH3的中低温合成；表征了KSi合金的储氢性能，获得KSi合金吸放氢的热力学和动力学数据；通过催化掺杂和构建复合体系初步改善了KSi合金的储氢性能；提出了AB3型超点阵储氢合金的亚单元体积控制机制，有望用于指导新型超点阵储氢合金的开发。项目执行期间共发表标注本项目基金号的 SCI 收录论文14 篇，申请国家发明专利 3 项，获得国家发明专利1项，培养硕士研究生3名，博士研究生1名。圆满地完成了本项目规定的考核任务。 2100433B

由轻质元素构成的KSi合金是储氢材料研究的热点之一。KSi合金具有较高的储氢容量，较低的吸/放氢温度和良好的循环稳定性，具有潜在的应用前景。但合金存在合成困难和吸/放动力学性能缓慢等问题，制约了其发展和应用。针对这些问题，本项目拟采用高压烧结辅以低压自提纯法制备高纯KSi合金，并探索一种在中低温合成KSi合金或其氢化物KSiH3的方法；系统地研究KSi合金的储氢性能，获得形貌和相结构等微观结构与储氢性能之间的关系；利用催化掺杂法来改善合金的动力学性能，揭示掺杂剂或催化剂在掺杂后所形成的催化活性组元，研究催化活性组元对合金储氢性能的影响，获得性能改善的作用机制。本项目获得的结果将推进KSi储氢合金的实用化进程，也为其它轻质储氢合金的储氢性能改善提供实验基础。

随着航空航天材料向低密度和高使用温度的方向发展，钛铝合金成为替代镍基高温合金的理想材料，板材的应用是其实用化的一个突破口。针对钛铝合金塑性差、韧性低、热加工困难，本项目基于置氢增塑机理，提出将热氢加工技术（THP：置氢-热加工-真空除氢）应用于钛铝合金板材轧制及成形过程中，以改善其塑韧性和加工性能，实现对其组织和性能的精确调控。主要研究：1）置氢钛铝合金高温变形行为及开坯锻造工艺研究；2)氢对钛铝合金板材轧制及成形性能的影响规律；3)氢对钛铝合金组织结构演变（相变、动态回复、动态再结晶、位错运动和孪晶等）的影响规律及其机理分析；4)制定钛铝合金板材轧制的最佳氢含量及最佳成形工艺方案；5)建立钛铝合金板材氢含量与组织结构和性能的相关性模型，实现板材组织和性能的精确调控。本项目的研究将为提高钛铝合金的塑韧性、改善其加工性能、推进其实用化进程提供一条新途径，为热氢加工技术的应用奠定理论基础。

Ti-Al合金密度低、高温力学性能优良，在航空航天工业中展现出令人瞩目的发展前景。但其本征脆性、热加工能力差严重限制了它的工程应用，因此本项目基于置氢增塑机理，提出将热氢加工技术应用于钛铝合金板材轧制及成形过程中，以改善其塑韧性和加工性能。本项目研究了置氢Ti-Al合金的高温变形行为，建立了置氢Ti-Al合金高温变形本构关系；提出了氢致扩散层片分解机制和氢致相变层片分解机制，阐明了氢致动态再结晶机制；研究了置氢Ti-Al合金铸锭开坯锻造工艺，获得了晶粒均匀细小的板坯，阐明了板坯初始组织及退火热处理之间的关系；研究了板材轧制性能与氢含量、轧制参数（轧制温度、道次变形量和总变形量）之间的关系，揭示了板材热轧过程中的氢致改性机理。研究发现，置氢可以降低Ti-Al合金锻造温度约50℃，氢致峰值应力平均下降率约为25%，合金热加工窗口增大，并可获得细小均匀的组织。置氢后Ti2AlNb合金板材热成形塑性提高约一倍，载荷降低最大达50%，成形性能提升明显。因此，本项目的研究为热氢加工技术在Ti-Al合金热加工领域的应用奠定了理论基础，为提高Ti-Al合金的塑韧性、改善其加工性能、推进其实用化进程提供一条新途径，具有重要的理论和工程意义。