Diseño de fases LPSO en aleaciones de Mg-Y-Ni para impactar la cinética de hidrogenación
Autores: Nicholson, Kyle S.; Skripnyuk, Vladimir; Xu, Chunjie; Gao, Xiang; Rabkin, Eugen; Hodgson, Peter D.; Lapovok, Rimma
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño de fases LPSO en aleaciones de Mg-Y-Ni para impactar la cinética de hidrogenación
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Aleaciones
Fase LPSO
Absorción de hidrógeno
Propiedades de desorción
Microestructura
Cinética
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se preparó una serie de aleaciones de Mg-Y-Ni con diferentes fracciones volumétricas de la fase ordenada por apilamiento de largo período (LPSO), controlando la composición de la aleación, el tratamiento térmico y la extrusión de una sola pasada, para evaluar la influencia del aumento de la fracción volumétrica de la fase LPSO en las propiedades de absorción y desorción de hidrógeno de las aleaciones extruidas. La fracción volumétrica de la fase LPSO en las aleaciones aumentó con el aumento de la concentración de soluto, desde ~24% LPSO en Mg97Y2Ni1 (at.%) hasta ~60% LPSO en Mg93Y4Ni3 (at.%) y hasta ~92% LPSO en Mg91Y5Ni4 (at.%). La microestructura más refinada se obtuvo en la aleación con la mayor fracción volumétrica de la fase LPSO. Después de 100 s a 300 grados C, la aleación Mg91Y5Ni4 absorbió 4.6 +/- 0.2 % en peso de H, mientras que las aleaciones Mg97Y2Ni1 y Mg93Y4Ni3 absorbieron cada una 3.8 +/- 0.2 % en peso de H. Después de 10,000 s a 300 grados C, las tres aleaciones habían absorbido un máximo de 5.3 +/- 0.2 % en peso de H sin ninguna diferencia significativa adicional en la cinética de absorción de hidrógeno. La aleación Mg91Y5Ni4 desorción 1.8 +/- 0.2 % en peso de H después de 100 s a 300 grados C contra un vacío, mientras que las aleaciones Mg97Y2Ni1 y Mg93Y4Ni3 desorción 0.8 +/- 0.2 % en peso de H y 0.6 +/- 0.2 % en peso de H, respectivamente. Después de 10,000 s a 300 grados C, las aleaciones Mg91Y5Ni4 y Mg97Y2Ni1 desorción completamente 5.2 +/- 0.2 % en peso de H y 5.4 +/- 0.2 % en peso de H, respectivamente, pero la aleación Mg93Y4Ni3 desorción solo 3.7 +/- 0.2 % en peso de H. Las cinéticas de absorción y desorción de hidrógeno fueron más rápidas en la aleación Mg91Y5Ni4 con la mayor fracción volumétrica de LPSO, pero no se observó una tendencia consistente con la fracción volumétrica de la fase LPSO en la aleación Mg93Y4Ni3, que mostró las cinéticas de absorción y desorción más lentas. Las presiones de hidrógeno correspondientes al equilibrio metal-hidruro no variaron con la fracción volumétrica de la fase LPSO o la composición de la aleación, lo que indica que la termodinámica de (de)hidrogenación no se modificó significativamente en ninguna de las aleaciones. Los experimentos de absorción de hidrógeno con láminas delgadas, hechas de la aleación extruida Mg91Y5Ni4 con la mayor fracción de fase LPSO, demostraron que las estructuras LPSO se descomponen en fase Mg, fase Mg2Ni, estructuras lamelares Mg/Mg-Y y partículas YHx. Este estudio muestra que la cinética del hidrógeno puede verse afectada en aleaciones de Mg-Y-Ni al controlar las fases LPSO utilizando técnicas metalúrgicas comunes.
Descripción
Se preparó una serie de aleaciones de Mg-Y-Ni con diferentes fracciones volumétricas de la fase ordenada por apilamiento de largo período (LPSO), controlando la composición de la aleación, el tratamiento térmico y la extrusión de una sola pasada, para evaluar la influencia del aumento de la fracción volumétrica de la fase LPSO en las propiedades de absorción y desorción de hidrógeno de las aleaciones extruidas. La fracción volumétrica de la fase LPSO en las aleaciones aumentó con el aumento de la concentración de soluto, desde ~24% LPSO en Mg97Y2Ni1 (at.%) hasta ~60% LPSO en Mg93Y4Ni3 (at.%) y hasta ~92% LPSO en Mg91Y5Ni4 (at.%). La microestructura más refinada se obtuvo en la aleación con la mayor fracción volumétrica de la fase LPSO. Después de 100 s a 300 grados C, la aleación Mg91Y5Ni4 absorbió 4.6 +/- 0.2 % en peso de H, mientras que las aleaciones Mg97Y2Ni1 y Mg93Y4Ni3 absorbieron cada una 3.8 +/- 0.2 % en peso de H. Después de 10,000 s a 300 grados C, las tres aleaciones habían absorbido un máximo de 5.3 +/- 0.2 % en peso de H sin ninguna diferencia significativa adicional en la cinética de absorción de hidrógeno. La aleación Mg91Y5Ni4 desorción 1.8 +/- 0.2 % en peso de H después de 100 s a 300 grados C contra un vacío, mientras que las aleaciones Mg97Y2Ni1 y Mg93Y4Ni3 desorción 0.8 +/- 0.2 % en peso de H y 0.6 +/- 0.2 % en peso de H, respectivamente. Después de 10,000 s a 300 grados C, las aleaciones Mg91Y5Ni4 y Mg97Y2Ni1 desorción completamente 5.2 +/- 0.2 % en peso de H y 5.4 +/- 0.2 % en peso de H, respectivamente, pero la aleación Mg93Y4Ni3 desorción solo 3.7 +/- 0.2 % en peso de H. Las cinéticas de absorción y desorción de hidrógeno fueron más rápidas en la aleación Mg91Y5Ni4 con la mayor fracción volumétrica de LPSO, pero no se observó una tendencia consistente con la fracción volumétrica de la fase LPSO en la aleación Mg93Y4Ni3, que mostró las cinéticas de absorción y desorción más lentas. Las presiones de hidrógeno correspondientes al equilibrio metal-hidruro no variaron con la fracción volumétrica de la fase LPSO o la composición de la aleación, lo que indica que la termodinámica de (de)hidrogenación no se modificó significativamente en ninguna de las aleaciones. Los experimentos de absorción de hidrógeno con láminas delgadas, hechas de la aleación extruida Mg91Y5Ni4 con la mayor fracción de fase LPSO, demostraron que las estructuras LPSO se descomponen en fase Mg, fase Mg2Ni, estructuras lamelares Mg/Mg-Y y partículas YHx. Este estudio muestra que la cinética del hidrógeno puede verse afectada en aleaciones de Mg-Y-Ni al controlar las fases LPSO utilizando técnicas metalúrgicas comunes.