نام پژوهشگر: مصطفی کاظمی پور

تولید و مشخصه یابی آلیاژ های پایه تیتانیم ذخیره کننده ی هیدروژن به روش پلاسما اسپری
پایان نامه وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی مواد 1392
  مصطفی کاظمی پور   علی سعیدی

امروزه ذخیره سازی هیدروژن در هیدرید های فلزی توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده است. با این حال ظرفیت جذب و دفع پایین هیدروژن و خواص سنتیکی ضعیف در این مواد کاربردشان را محدود کرده است. ایجاد ساختار های فوق ریز دانه و نانوکریستال توسط روش های سنتزی مانند آلیاژ سازی مکانیکی و اسپینینگ مذاب از راهکار های مورد مطالعه در بهبود خواص هیدرید های فلزی به شمار می رود. در این پژوهش به بررسی و مقایسه ی روش پلاسما اسپری تحت خلأ، به عنوان روشی جدید در سنتز این آلیاژ ها، با روش های ذوب القایی تحت خلأ و روش آلیاژسازی مکانیکی پرداخته شد. آلیاژ مورد بررسی آلیاژ ti1-xzrxmn2-y-zvycrz بود که مقادیر ضرایب استوکیومتری آن از روش طراحی آزمایش طرح مرکب مرکزی (ccd) تعیین شد. نمونه-های طراحی آزمایش با استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی سنتز و توسط آزمون گالوانواستاتیک در سه سیکل مورد بررسی قرار گرفت. توسط بهینه سازی ترکیب پس از طراحی آزمایش، ضرایب استوکیومتری بهینه برای آلیاژ به صورت x=0.28، y=0.6 و z=0 بدست آمد. نتایج آنالیز xrd و sem بر روی نمونه های تولید شده به روش ذوب القایی تحت خلأ، آلیاژسازی مکانیکی و پلاسما اسپری نشان داد که تمامی نمونه ها از دو ساختار کریستالوگرافیکی لاوه ی c14 با ساختار هگزاگونال و محلول جامد پایه وانادیوم با ساختار bcc تشکیل شده اند. میزان فاز لاوه c14 در نمونه ی پلاسما اسپری نسبت به دو نمونه ی دیگر بیشتر بود و میزان فاز محلول جامد پایه وانادیوم در نمونه ی ذوبی دارای بیشترین مقدار تشخیص داده شد. نتایج آزمون گالوانواستاتیک بر روی نمونه های سنتز شده به سه روش، کاهش ظرفیت تمامی آن ها را با افزایش سیکل های شارژ-دشارژ نشان داد. میزان ظرفیت الکتروشیمیایی نمونه ی تولید شده به روش ذوب القایی به دلیل حضور مقدار بیشتری از فاز محلول جامد پایه وانادیوم بالاتر و ظرفیت نمونه ی تولید شده به روش پلاسما به دلیل کاهش این فاز دارای کمترین مقدار بود. همچنین از بررسی پایداری ظرفیت مشخص شد که نمونه ی پلاسما، دارای بالاترین پایداری سیکلی است. بررسی های سینتیکی واکنش های شارژ-دشارژ هیدروژن در نمونه ها توسط آزمون های امپدانس الکتروشیمیایی ، آزمون پتانسیواستاتیک و آزمون دشارژ نرخ بالا (hrd) حاکی از بهبود خواص سینتیکی در نمونه ی پلاسما بود به طوری که ضریب نفوذ هیدروژن در نمونه ی پلاسما حدود 10 برابر دو نمونه ی دیگر و دانسیته جریان تبادلی در این نمونه نسبت به دو نمونه ی دیگر بیش از دو برابر بود. ارتقای خواص سینتیکی نمونه ی پلاسما به حضور نسبی بیشتر فاز های لاوه c14 به عنوان کاتالیست و کالکتور میکرو جریان ها، و همچنین میزان بالاتری از فاز های آمورف در این نمونه در اثر سریع سرد شدن، نسبت داده شد. نتایج تست سیورت (تست گازی جذب و دفع هیدروژن) بر روی نمونه های ذوبی و آسیابکاری در دمای محیط، oc 150 و oc400 نشان داد که دمای oc 150 به دلیل تأمین همزمان شرایط ترمودینامیکی و سینتیکی لازم، بهترین دمای جذب و دفع هیدروژن است. همچنین ظرفیت جذب و دفع هیدروژن نمونه ی ذوبی در این آزمون به دلیل حضور میزان بالاتری از فاز محلول جامد پایه وانادیوم به عنوان فاز اصلی ذخیره کننده ی هیدروژن بالاتر از نمونه ی آسیابکاری بود.