اثر افزودن Nb بر تشكيل تركيب بين فلزي Mg2Ni نانوكريستال و
بررسي خواص الكتروشيمي

مريم مهري1، سيد فرشيد كاشاني بزرگ2
دانشجوي دكتري متالورژ ي، دانشگاه تهران
استاديار، دانشگاه تهران
Mmohri2000@yahoo.com

چكيده
فرآيندهاي آلياژسازي مكانيكي و آسياكاري بهطور موفقيتآميزي براي سنتز مواد مختلفي از جمله تركيبات بين فلزي تعادلي مانند Mg2Ni (داراي خواص بينظيرجذب هيدروژن)، مورد استفاده قرار گرفتهاست. در تحقيق حاضر به بررسي اثر افزودن نيوبيوم بر روي خواص الكتروشيميايي تركيب بين فلزي بر پايه Mg2Ni پرداخته شدهاست. در اين راستا از پودرهاي عناصر Ni ،Mg و Nb در يك محفظه فولادي تحت اتمسفر گاز آرگون بههمراه گلوله هاي فولادي به قطر 20 ميليمتر استفاده شد. نسبت هاي وزني گلوله به پودر 1/20 در مدت زمانهاي مختلفي آسيا گرديدند. بررسي ساختمان بلوري مخلوط پودري آسيا شده بيانگر اين است كه شروع تشكيل ساختمان بلوري تركيب بين فلزي Mg2Ni طي عمليات آسياكاري در نمونه (Mg1.75Nb0.25Ni) از زمان 5 ساعت و در نمونه (Mg2Ni) از زمان 15 ساعت ميباشد. مشاهدات با ميكروسكوپ الكتروني روبشي و عبوري حاكي از آن است كه ذرات Mg2Ni حاصل از فرايند آلياژسازي مكانيكي چند بلوري بوده و متوسط اندازه نانو كريستال هاي حاصل با افزايش زمان آسياكاري كاهش يافتهاست. بررسي ميزان ظرفيت شارژ اوليه الكترودهاي ساخته شده از محصولات آلياژسازي مكانيكي حاكي از مقدار چشمگير آن در خصوص محصول بيست ساعت كار آسيا با تركيب سه تايي نيوبيمدار است.
همچنين اين الكترود ميزان عمر تخليه شارژ اوليه به مراتب بيشتري را نسبت به الكترودهاي تهيه شده از محصولات دو تايي نشان دادهاست. از اين رو جـايگزيـن كردن نيوبيوم بهجاي منيزيم هم باعث تسريع سينتيك تشكيل تركيب بين فلزي Mg2Ni و هم بهبود خواص الكتروشيميايي ميشود.

واژه هاي كليدي:
Keywords: Investment casting, A356 Aluminum Alloy, Parameters casting, Mechanical Properties .خواص الكتروشيمي، نيوبيم، ذخيره كننده هيدروژن ،Mg2Ni آلياژسازي مكانيكي، تركيب بين فلزي

1- مقدمه
باطريهاي نيكل- هيدريدهاي فلزي جايگزين مناسبي براي باطريهاي نيكل-كادميم ميباشند. هر دو دسته اين باطريها قـابل شـارژ بوده، و ليكن بـاطريهـاي نيكل- هيدريدهـايفلزي داراي مزيتهاي نسبي چون سازگـاري بـا محيط زيست،راي مزيت هاي نسبي چون سازگاري با محيط ذخيره قابليت بيشتر و زمان تخليه (دشارژ) طولانيتر ميباشند. جنس الكترود آند اين باطريها داراي قابليت ذخيرهسازي زياد هيـدروژن است. از جمله اين مواد برخي تركيبات بين فلزي ميباشند[4 – 1].
هيدروژن بهصورت محلول جامد در داخل تركيب ذخيره مي گردد[2 و 1]. از آنجا كه اين باطريها از نوع قابل شارژ هستند، لذا لازم است كه به دفعات زياد مورد شارژ و دشارژ هيدروژن قرار گيرند. سالها تعيين تركيب مناسب در راستاي تسريع سينتيك جذب و دفع هيدروژن، يك محور اصلي تحقيقات بودهاست. ثمره اين تحقيقات باعث مشخص شدن تركيب مناسبي بر پايه ساختمان بلوري 5LaNi ليكن با افزودن چندين عنصر ديگر گرديد و اينك ساخت تجاري باطريهاي NiMH براساس الكترود منفي بر پايه ساختمان بلوري مذكور متداول شدهاست. تحقيقات همچنان در راستاي افزايش ظرفيت شارژ ادامه دارد تا منجر به ساخت باطريهايي با زمان تخليه و تعداد دوره شارژ بيشتر گردد. منيزيم و برخي از تركيبات آن داراي بيشترين ميزان ظرفيت پذيرش هيدروژن هستند. از آنجا كه باطريهاي NiMH از نوع آلكالاين بوده و لذا داراي الكتروليت بازي KOH هستند، منيزيم با الكتروليت تركيبات هيدروكسيدي تشكيل داده كه جلو نفوذ هيدروژن را گرفته و لذا تعداد دورههاي شارژپذيري را بسيار محدود مينمايد.
يكي از مواد منيزيمدار با قابليت ميزان ذخيره هيدروژن زياد، تركيب بين فلزي Mg2Ni است كه ظرفيت جذب هيدروژن را به ميزان 6/3 درصد وزني خود دارد[4 و 3]. ميزان ذخيره هيدروژن بهصورت اتمي در اين تـركيب از ميزان هيـدروژن مايع هم حجم اين تركيب بيشتر ميباشد. اما همچنان با مسئله تشكيل هيدروكسيد منيزيم حين قرارگيري در الكتروليت و شارژ و دشارژ روبرو ميباشد. تهيه اين تركيب بين فلزي به روش ريخته گري به جهت تفاوت نقاط ذوب و فشار بخار عناصر تشكيل دهنده با مشكلات زيادي روبرو مي باشد كه باعـث عدم همگنـي آن شده و لذا ظـرفيت پذيرش هيدروژن در آن كاهش مييابد.
آلياژسازي مكانيكي روش مناسبي براي تهيه تركيبات بين فلزي مي باشد[5]. بر طبق اين روش نفوذ عناصر در حالت جامد انجام شده و امكان تشكيل تركيب بين فلزي ميسر مي شود، همچنيننظر به اينكه ذرات پودر مورد شكست مكرر و جوش سرد واقعميشوند قابليت ايجاد ذرات ريز آمورف و نانوكريستال نيز ممكن ميباشد. بهعلت كاهش اندازه دانهها و افزايش سطح در معرض واكنش در نانوكريستال هاي Mg2Ni، سينتيك جذب هيدروژن بهبود يافته و ظرفيت دشارژ بالاتر رفته و زمان فعالسازي كاهش مييابد[7 و 6]. با بكارگيري متغيرهاي مناسب آسيا (نوع آسيا، زمان آسيا، نسبت وزني گلوله به پودر، محيط آسيا، سرعت چرخش، تعداد و اندازه گلولهها و دما) امكان تهيه پودر نانوبلور Mg2Ni ميسر ميگردد.
Schulz و همكارانش [8] نشان دادهاند كه انرژي زياد آسياي سيارهاي باعث آلياژ شدن مكانيكي منيزيم و نيكل شده به قسمي كه در ابتدا Mg2Ni آمورف تشكيل و با بكارگيري زمان بيشتر آسيا، نانوكريستال Mg2Ni ايجاد ميشود. تحقيقات گسترده اي بر روي آلياژهاي پايه منيزيم بهوسيله آلياژسازي مكانيكي صورت پذيرفته است. عناصر آلياژي مختلف همچون آلومينيم[10 و 8]، واناديم[6]، زيركونيم[6]، نقره[11 ]، مس[12]،كبالت[13] و تيتانيم[6] به عنوان افزودني در جهت بهبود خواص جذب و دفع هيدروژن مورد استفاده قرار گرفته است. با ريز نمودن ذرات بلوري امكان تـسريع نفـوذ هيـدروژن و افزايـش ظرفيـت پذيـرش محتمـل ميباشد. همچنين با بكارگيري عنصر ثالث ممكن است بتوان تركيبي با قابليت ظرفيت شارژ بيشتر و نيز مقاومتر نسبت به تشكيل هيدركسيد منيزيم تهيه نمود[15 – 14].
در تحقيق حاضر ساخت تركيب نانوساختاري بر پايه ساختمان بلوري Mg2Ni مدنظر قرار گرفته است. جهت تهيه محصولات پودري نانوساختار از روش آلياژسازي مكانيكي استفاده شده و عنصر نيوبيم به بهانه افزايش قابليت شارژ هيدروژن به تركيب افزوده گرديده است.
جهت تحقق فرآيند آلياژسازي مكانيكي، آسياي سيارهاي پرانرژي بهكار گرفته شد و متغيرهاي آن تنظيم گشته تا در شرايط بهينه و تهيه پودرهاي آلياژ شده مذكور ميسر گردد. در اين راستا اثر متغيرهاي آسياي سياره اي بر روي تركيبشيميايي، ساختمان بلوري و مورفولوژي محصولات آسياكاريمورد بررسي قرار گرفته، همچنين تاثير زمان آسياكاري وافزودني نيوبيم بر خواص الكتروشيمي مورد ارزيابي قرار گرفت.

2- روش تحقيق
پودر نيكل با خلوص 99/99 درصد و اندازه ذرات كمتر از 10 ميكرون و پودر نيوبيوم با خلوص 85/99 درصد و اندازه ذرات كمتر از 74 ميكرون و براده منيزيم با خلوص 80/99 درصد به عنوان مواد اوليه انتخاب شدند، مخلوط هاي همگني با دو نسبت استوكيومتري دوتايي Mg2Ni و سهتايي Mg1.75Nb0.25Ni از آنها تهيه شد. اين مخلوطها در داخل محفظه فولادي آسياي سياره اي مدل FP2 شركت فراپژوهش اصفهان قرار گرفتند. بعلت فعاليت شيميايي زياد منيزيم، كليه آزمايشها در محيط گاز آرگون انجام شد، اين امر بواسطه دو شير ورودي و خروجي روي درپوش محفظه آسيا ميسر گشت.
سرعت چرخش محفظه آسيا در تمام آزمايشها ثابت و برابر 600 دور در دقيقه تنظيم شد. عمليات آلياژسازي مكانيكي در دماي محيط انجام گرديد، وليكن حين آزمايشها افزايشي به ميزان حدود 20 درجه سانتيگراد در محفظه آسيا مشاهده شد.
نسبت وزني گلوله به پودر 1/20 در مدت زمانهاي 5، 10، 20،15، 30 و60 ساعت كار آسيا بكارگرفته شد. ساختمان بلوري مخلوط هاي پودري آسيا شده توسط پراش سنج پرتو ايكـس مـدل Philips Xpert Pro تحت پرتو Cu-kα و با گام 015/0 درجـه در محدوده °100-°10 مورد بررسي قرار گرفت. همچنين مورفولوژي مخلوط هاي پودري آسيا شده توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي مدل Com ScanMV2300 تحت ولتاژ شتابدهنده 20kV و تركيب شيميايي ذرات متشكله توسط سنجش شدت انرژي طيف پرتو ايكس (EDS) مرتبط با آن مورد مطالعه واقع شد. همچنين از ميكروسكوپ الكتروني عبوري مدل Philips CM200تحتولتاژ شتابدهندهKV 200 جهت بررسي مورفولوژي و ساختاربلوري نمونههاي منتخب استفاده گرديد. براي بررسي خواص الكتروشيمي پودرهاي حاصله، از يك سل الكتروشيمي با 3 الكترود استفاده شد. در اين سل الكترودكاتد يك صفحه نيكلي پوشش داده شده با NiOOH و الكترود آند از محصولات آلياژسازي مكانيكي تهيه گرديد.
الكترود سوم مرجع و يك سيم پلاتيني ميباشد. الكترودها در داخل محلول KOH 6 مولار به عنوان الكتروليت سل قرار گرفتند. عمليات شارژ با يك مولد جريان مستقيم تثبـيت شده
تحـت جريان mA/g 500 بمدت 5 ساعت و دشارژ در mA/g
100 تا ولتاژ 4/0- ولت نسبت به الكترود مرجع انجام شدهاست.

3- نتايج و بحث
3-1- بررسي ريز ساختار
الگـــوي پــ راش پرتــ وي ايكــ س نمونــ ه هــ اي Mg2Ni و Mg1.75Nb0.25Ni در زمان هاي مختلف آسـياكاري بـهترتيـب درشكلهـاي (1)، (2) و (3) نـشان داده شـده اسـت . همـانطور كـهمشاهده مـيشـود بـا افـزايش زمـان آسـياكاري پهنـاي پيـكهـاعريضتر گشته و از شدت پيكها كاسـته شـدهاسـت . مـي تـوانگفت نقصهاي بوجود آمده در شبكه مانند نابجاييهـا و نقـصدر چيده شدن باعث پهن شدگي پيـكهـا شـدهاسـت . از طرفـياتمهاي جانشين نيز باعث پهـن شـدگي ناشـي از كـرنش شـبكهميشوند. همچنانكه ملاحظه ميشود انعكاس هاي پراش يافتـه ازمخلوط پودرهاي نيكـل، منيـزيم و نيوبيـوم قبـل از آسـيا كـاريداراي شدت پراش قابل ملاحظهاي ميباشند در حاليكـه بعـد ازآسيا شدن مخلوط پـودري، انعكـاسهـاي مربـوط بـه پودرهـاياوليه كاهش يافته و قلههاي ذيربط پهنتر گشته، همچنين پيـكمربوط به نيوبيم بعد ازآسيا شدن حذف گرديدهاست كه حاكي از حل شدن اين عنصر در شبكه ميباشد. قلههـاي جديـدي نيـزدر الگوي پراش ظاهرشدهاند. پهن شدن قلههاي مربوط به نيكلو منيزي ـم بيانگر ريزشدن دانـههـا ي آنهـ ا مـي باشـد [16] مـشاهده
ميگردد شـروع تـشكيل تركيـب بـينفلـزيMg2Ni از زمـان 5 ساعت در نمونه سه تايي بـا اسـتوكيومتريMg1.75Nb0.25Ni و از
قبل قبل از آسياكردن.

شكل (2): الگوهاي پراش پرتو ايكس تركيب دوتائي فاقد نيوبيم بعد از زمانهاي مختلف آسياكاري.

زمان 15 ساعت در نمونه دوتايي با استوكيومتري Mg2Ni مي باشد. انطبـاق منـاسبي انعكاس الگوي پراش پرتو ايكس به-دست آمده را بـا الگـوي پـراش پرتوي ايكس مربوط به
تـركيب بيـن فلـزي Mg2Ni در بانك اطلاعاتي پراش JCPDS File (75-1250) داد جهت محاسبه اندازه متوسط دانه ها از رابطه ويليامسون ـ هال (رابطه 1) استفاده شد[17].
(1) β=

0tCos.9λθ+η tanθ در رابطه (1) β پهناي بلندترين قله در نيمه ارتفاع آن بر حسب راديان، λ طول موج پرتوي ايكس بر حسب آنگستروم، t متوسط قطر دانه ها بر حسب آنگستروم و θ زاويه براگ (Bragg) مربوط به قله با بيشترين شدت پراش و η كرنش شبكه اي ميباشد. در ضمن با بكارگيري يك پودر فلزي با دانه بندي مشخص و با استفاده از روش وارن براساس تابع گوسي رابطه (2)، اثر دستگاه XRD بر پهن شدن قلهها تعيين گرديد:
β2real= β2obs-β2 inst (2)
كه در معادله بالا βreal پهن شدگي واقعي ناشي از كاهش اندازه
3326130-917596

شكل (1): الگوي پراش پرتـو ايكـس مخلـوط پـودريMg ،Ni و Nb

شكل (3): الگوي پراش پرتو ايكس مخلوط پودري سه تايي
(Mg1.75Nb0.25Ni) در زمانهاي مختلف آسياكاري.

جدول (1): تغييرات اندازه متوسط بلور و ذرات پودري و كرنش.
تركيب سه تايي نيوبيمدار
(Mg1.75Nb0.25Ni) نمونه بدون نيوبيوم
(Mg2Ni) زمان آسيا كاري
( ساعت)
كرنش
شبكه اي (%)
اندازه متوسط كريستاليتها
(نانومتر) كرنش شبكهاي (%) اندازه متوسط كريستاليتها
(نانومتر) 0/120 97/6 0/334 37/5 5
0/228 44 0/34 39/5 10
0/370 31/1 0/808 13/2 15
0/531 20/3 0/885 10/2 20
0/639 12/4 0/904 10/9 30
0/682 10 0/924 9/7 60

دانه و كرنش شبكه، βobs پهن شدگي مشاهده شده از الگوي پراش پرتوايكس و βinst پهن شدگي ناشي از دستگاه ديفركتومتر ميباشد. با رسم منحنيβ cos θ بر حسب sinθ مقادير كرنش شبكه و اندازه ميانگين دانهها محاسبه و در جدول
(1) ارائه شدهاست.
شكل (4) تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي پودرهاي آسياشده بعد از 5 و 20 ساعت كار آسيا را نشان مي دهد.
مقايسه ذرات اوليه پودرهاي نيكل و منيزيم و ذرات مخلوط پودري آسيا شده مشخص ميسازد كه متوسط اندازه ذرات مخلوط پودري آسيا شده، كوچكتر مي باشند. تصوير ميكروسكوپي الكتروني عبوري و الگوي پراش الكتروني وابسته از نمونه سهتايي نيوبيومدار جايگزين شده به جاي منيزيم بعد از20 ساعت كار آسيا در شكل (5) نشان داده شدهاست. ذراتشـامل نانوكريستالها و فازهاي آمورف در اطراف
نـانوكـريستـالها هستند هالههاي نوراني مشاهده شده بيانگر تك فاز آمورف ميباشد كه توسط آلياژسازي مكانيكي توليد شدهاند.
مشاهده ميشود كه ذرات اجتماعي از جلوههاي بعضاً پهن شده ميباشند. الگوي پراش الكتروني نواحي مختلف حاكـي از گستردگي حضور فاز آمورف ميباشد كه در الگوي پراش الكتروني بصورت يك نوار پهن مشخص ميشود. همچنين برخي مناطق داراي الگوي پراش الكتروني حلقهاي ميباشند كه با توجه به بزرگنمايي بكار رفته حاكي از كريستاليتهاي نانومتري بر پايه ساختمان Mg2Ni است.
با افزايش زمان كار آسيا فاز آمورف گستردهتر و مناطق نانوبلوري كاهش مييابند. تطبيق مناسبي بين متوسط اندازه ذرات پودر آسيا شده برگرفته از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني از پودرهاي آسيا شده و مقادير اندازه متوسط دانه هاي محاسبه شده از رابطه ويليامسون – هال مشاهده نمي شود، لذا بنظر ميرسد كه ذرات پودر حاصل از آلياژسازي مكانيكي تك بلور نبوده بلكه چند بلوري مي باشند. درضمن كرنش شبكهاي ايجاد شده در محصولات آسيا با افزايش زمان افزايش مي يابد.
3-2- بررسي خواص الكتروشيمي نمودار افت ولتاژ در سيكل اوليه براي الكترودهاي تهيه شده از محصولات فرآيند آلياژسازي مكانيكي شامل تركيبات دوتايي فاقد نيوبيم و نيز سهتايي نيوبيومدار جايگزين شده بجاي منيزيم به ترتيب در شكلهاي (6) و (7) نشان داده شدهاست. در شكل (8) ظرفيت دشارژ الكترودها بر حسب mAh/g محاسبه گرديده و بصورت تابعي از زمان آسيا كاري ترسيم شدهاست. افت ولتاژ در زمانهاي اوليه در خصوص الكترود فاقد نيوبيوم بسرعت واقع مي شود (شكل (6)). همچنين عمر تخليه ولتاژ الكترود تهيه شده از محصول بيست ساعت كار آسيا تا زمانهاي بيشتري ادامه مييابد. لازم به يادآوري است كه محصولات بيست ساعت كار آسيا در اين حالت شامل تبديل پودرهاي عناصر اوليه به كريستاليتهاي Mg2Ni و مقدار محدودي فاز آمورف ميباشد. در حاليكه ميزان فاز آمورف در الكترودهاي تهيه شده از محصولات سي و شصت ساعت كار آسيا داراي ميزان فاز آمورف به ترتيب بيشتري است. اين روند در خصوص الكترود با تركيب سهتايي نيوبيومدار نيز مشاهده ميشود. به اين ترتيب كه محصول بيست ساعت كار آسيا در الكترودهاي با تركيب سه تايي نيوبيومدار داراي بيشترين زمان تخليه هستند.
قبلاً مشخص گرديد كه محصولات بعد از سي ساعت كار آسيا در خصوص تركيبات نيوبيومدار مشتمل بر فاز آمورف غالب هستند. ليكن محصولات بعد از بيست ساعت آسياكاري شامل كريستاليتهاي بر مبناي Mg2Ni و مقادير محدودي فاز آمورف است. همچنين منحنيها نشان ميدهد كه ميزان ظرفيت دشارژ الكترودهاي سهتايي نيوبيومدار از الكترودهاي دوتايي بيشــتر ميباشد.
مقايسه شكل (6) با اشكال (7) و (8) دال بر اثر مثبت افزودني نيوبيوم بر عمر تخليه ولتاژ و نيز افزايش ظرفيت شارژ دارد.
عيوب ايجاد شده در اثر ضربات حين آسيا كاري ممكن است بعنوان مكانهايي جهت جوانه زني تشكيل هيدرات عمل نمايند[18]. همچنين با ريز شدن دانهها مرز دانهها افزايش يافته و باعث افزايش نفوذ هيدروژن و بهبود سينتيك جذب و دفع مي-شوند. اما از طرفي با افزايش زمان آلياژسازي، اعوجاج شديد در شبكه و آمورف شدن ساختار روي ميدهد. به نظر ميرسد در اين حالت محلهاي بين نشيني مانند شبكه Mg2Ni نبوده و لذا اتمهاي هيدروژن مكان جايگزيني كافي در اختيار نداشته-باشند. در نتيجه ظرفيت جذب هيدروژن كاهش يافته است.
همچنين جوش سرد بين ذرات در زمانهاي بالاي كار آسيا كه موجب آگلومره شدن و درشت شدن ذرات گرديده است، منجر به كاهش ظرفيت دشارژ ميشود. مقادير كم نيكل باقيمانده نيز ميتوانند بهعنوان عوامل كاتاليتيكي براي جذب هيدروژن در سطح عمل كنند[19] ظرفيت دشارژ برابر با جريان

شكل(4): تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي پودرهاي آسياشده سه تايي نيوبيومدارMg1.75Nb0.25Ni بعد از 5 و 20 ساعت آسياكاري.

شكل (5): تصوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري محصول كار آسيا بعد از
20 ساعت در خصوص تركيب سه تايي نيوبيومدار (Mg1.75Nb0.25Ni) به همراه الگوي پراش الكتروني آن.

شكل (6): نمودار افت ولتاژ دشارژ در سيكل اوليه براي الكترود دوتائي فاقد
نيوبيوم (Mg2Ni).

شكل (7): نمودار افت ولتاژ دشارژ در سيكل اوليه براي الكترود نيوبيومدار
.(Mg1.75Nb0.25Ni)

شكل (8): نمودار ظرفيت دشارژ الكترودهاي تهيه شده از محصولات كار آسيا بعد از زمانهاي مختلف.

دشارژ در زمان مورد نياز محاسبه ميشود:
(3) Qdischarge=I.t همانطور كه در شكل (8) مشاهده ميشود بيشترين ظرفيت دشارژ مربوط به نمونههاي آسيا شده بهمدت 20 ساعت در هر دو تركيب ميباشد. همانطور كه در بالا اشاره شد محصولاتكـار آسيا بعد از بيست ساعت توازن خوبي را بين ريز شدندانهها (افزايش نفوذ هيدروژن و ظرفيت جذب) و ميزان كرنش،اعـوجـاج شبكه و جوش سرد (كاهش ظرفيت جذب) نشان ميدهد. در واقع اين توازن، افزايش ظرفيت دشارژ را باعث شدهاست. همچنين مشخص گرديد كه الكترود تهيه شده از محصولات با تركيب سهتايي نيوبيومدار بالاترين ظرفيت را نشان دادهاست. بدينترتيب اين افزايش احتمالاً ناشي از حضور بيشتر فاز Mg2Ni و نيز ميزان نيكل آزاد كه بهعــنوان كاتاليــست عـمل ميكند، ميباشد.
در مقايسه با الكترود با تركيب دوتايي فاقد نيوبيوم كه ماكزيمم ظرفيت آن در حـدود mAh/g 170 است، ميتوان اظهار كرد كه افزودن نيوبيوم بهجاي منيزيم باعث افزايش ظرفيت دشارژ ميگردد كه علت آن نيز ميتواند جذب هيدروژن توسط نيوبيوم باشد.

4- نتيجه گيري
بعد از عمليات آسياكاري، انعكاسهاي پراشيده پودرهاي Mg و Ni كـاهش يـافتـه و پهنـاي آنـها افزايش مييابد. بنظر ميرسد كـه كـرنشهـاي ايجـاد شده در اثر ضربات مكرر گلولـههـا به ذرات پـودري و نيز كاهش اندازه ذرات، باعث پهنشدن انعكاسها باشد. انعكاس مربوط به Nb بعد از آسيا شدن حذف گرديدهاست كه حاكي از حل شدن اين عنصر در شبكه ميباشد.
شروع تشكيل فاز Mg2Ni در نمونه سهتايي نيوبيومدار از زمان 5 ساعت و در نمونه فاقد نيوبيوم از زمان 15ساعت مي باشد. از اينرو جايگزين كردن نيوبيوم بجاي منيزيم باعث تسريع سينتيك تشكيل تركيبMg2Ni و كاهــش بيشتر سايز بـلورها ميشود.
جايگزين كردن نيكل بهجاي منيزيم و آلياژسازي بمدت بيست ساعت بعلت توازن خوب بين ريز شدن دانه و اعوجاج در شبكه و جوش سرد، بالاترين ظرفيت دشارژ را دارا ميباشد. مراجع

Schlapbach, L., and Zuttel. A., “Hydrogen-storage materials for mobile applications”, Nature, Vol. 414, pp. 353-358, 2001.

Topler, B., Bernauer, O. and Buchner, H., “The use of hydrides in motor vehicles”, J. of the less-common Metals, Vol. 74, pp. 385399, 1980.

Wiswall, R.H. and Reilly, J.J., “Storing hydrogen”, US Patent Vol. 3, pp. 315-479, 1967.

Wenzl, H., “Properties and application of metal hydrides in energy conversion systems”, International metals Reviews, Vol. 27, pp. 140-168, 1982.

Koch, C.C., “Intermetallic matrix composites prepared by mechanical alloying- a review”, Materials Science and Engineering, Vol. 244, pp. 39-48, 1998.

Spassov, T., Solsona, P. and Bliznakov, S., “Synthesis and hydrogen sorption properties of nanocrystalline Mg1.9M0.1Ni (M=Ti, Zr, V) obtained by mechanical alloying”, J. of Alloys and Compounds, pp. 356-357, pp. 639-643, 2003.

Koch, C.C., “Nanostructured materials”, William Andrew Publishing, pp. 73-113, 2002.

Zhang, Q.A., Lei, Y.Q, Yang, X.G., Ren, K. and Wang, Q.D, “Annealing treatment of AB2 -type hydrogen storage alloys: I. crystal structures”, J. of Alloys and Compounds, Vol. 292, pp 236240, 1999.

Schulz, R., Liang, G. and Huot, J., “Hydrogen sorption in mechanically alloyed nanocrystalline and disordered materials”, 22nd International Symposium on Materials Science, pp. 141-153, 2001.

Guanglie, L., Linshen, C., Lianbang, W. and Huantang, Y., “Study on the phase composition of Mg2-xMxNi (M=Al, Ti) alloys”, J. of Alloys and Compounds, 321, L1-L4, 2001.

Sato, T., Blomqvist, H. and Noreus, D., “Attempts to improve Mg2Ni hydrogen storage by aluminium addition”, J. of Alloys and Compounds, Vol. 355, pp. 234-239, 2003.

Qian, L., Qin, L., Lijun, J., Chou, K.C., Feng, Z., Qiang, Z. and Xiuying, W., “Properties of hydrogen storage alloy Mg2-xAgxNi (x=0.05, 0.1, 0.5) by hydriding combustion synthesis”, J. of Alloys and Compounds, Vol. 359, pp. 128-132, 2003.

Ikeda, K., Orimo, S., Zuttel, A., Schlapbach, L. and Fujii, H., “Cobalt- and copper-substitution effects on thermal stabilities and hydriding properties of amorphous MgNi”, J. of Alloys and Compounds, Vol. 280, pp. 279-283, 1998.

CUI, N. and LUO, J.L., “Magnesium-based hydrogen storage materials modified by mechanical alloying”, Acta mater, Vol. 47, pp. 3737 -3743, 1999.

Urretavizcaya, G. and Meyer, G.O., “Metastable hexagonal Mg2Sn obtaineb by mechanical alloying”, J. of Alloys and Compounds, Vol. 332, pp. 211-215, 2002.

Chen, J., Dou, S.X. and Liu, H.K., “Crystalline Mg2Ni obtained by mechanical alloying”, J. of Alloys and Compounds, Vol. 244, pp. 184-189, 1996.

Williamson, G.K. and Hall, W.H., “X-ray line broadening from filed aluminium and wolfram”, Acta Metallurgica, Vol. 1, pp.
22-28, 1953.

Guo, J., Yang, K. and Xu, L.,” Hydrogen storage properties of
Mg76Ti12Fe12−xNix (x=0, 4, 8, 12) alloys by mechanical alloying”, Int. J. of Hydrogen Energy, Vol. 32, no. 13, pp. 2412 –2416, 2007. [19] Li, Q., Chou, K.C. and Xu, K.D.,” The structural and kinetic characteristics of Mg1.9Al0.1Ni alloy synthesized by mechanical alloying”, Intermetallics, Vol. 14, pp. 1386-1390, 2006.



قیمت: تومان


پاسخ دهید