Farklı yöntemlerle üretilen AB5 tipi hidrojen depolayan alaşımların karakterizasyonu
The characterisation of AB5 type hydrogen storage alloys produced by different methods
Yazar: FİKRET YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ORHAN UZUN
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Son yıllarda metal hidrit malzemelerin, hidrojenlenme özelliklerini geliştirmek için yoğun çabalar harcanmaktadır. LaNi5 intermetalik bileşiği en bilinen AB5 tipi hidrojen depolayan alaşım olup düşük çalışma sıcaklığı ve basıncı, kolay aktivasyon ve safsızlıklara karşı direnç özelliklerine sahiptir. LaNi5 bileşiği aynı zamanda, dizüstü bilgisayar, video kaydedici ve telefon gibi taşınabilir elektronik uygulamalarda gerekli nikel-metal hidrit pilleri için negatif elektrot olarak da kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, LaNi4,7-x Al0,3Bix (x = 0; 0,1; 0,2; 0,3) alaşımları ark-fırını, eriyik-eğirme ve eriyik eğirme+yüksek enerjili bilyeli öğütme yöntemleri ile üretilerek, Al ve Bi'nin Ni ile yer değiştirmesinin mikro yapı ve hidrojen depolama özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Buna göre, Al'nin Ni ile yer değiştirmesi, alaşımın hidrojen depolama kapasitesini düşürmeden, absorbsiyon/desorbsiyon plato basıncı ile histeresis miktarını büyük oranda azaltmıştır. Öte yandan, Bi yer değiştirmesi, alaşımın hidrojen depolama kapasitesini düşürürken absorbsiyon/desorbsiyon plato basıncını da artırmıştır. Tane sınırlarına yerleşen (Al, Ni) intermetaliği ve Bi fazı, alaşımların hidrojen depolama özelliklerini etkileyen en önemli sebep olarak görülmektedir. Hızlı katılaştırılmış alaşımların hidrojen depolama miktarının, ark-fırınında üretilenler ile kıyaslandığında bir miktar fazla olduğu saptanmıştır. Bu durum, hızlı katılaştırılmış alaşımların nano-kristal yapıda olmasıyla açıklanmıştır. Diğer taraftan, eriyik eğirme+yüksek enerjili bilyeli öğütme yöntemiyle üretilen alaşımların depolama kapasitesi oldukça azalmıştır. Bu durum, öğütme esnasında, tozların oksitlenmesinden kaynaklanmaktadır.

Abstract:
Intensive research has been performed on metal hydrides to improve their hydrogenation properties of them for decades. The intermetallic compound LaNi5 is a well-known AB5-type hydrogen-storage alloy that exhibits low working temperature, low pressure, easy activation, and tolerance towards impurities. LaNi5 compounds have also been used as negative-electrode materials for nickel-metal hydride batteries, which have been widely used in portable electronic applications such as laptop computers, video recorders, and cellular phones. In this research, LaNi4.7-x Al0.3Bix (x = 0; 0.1; 0.2; 0.3) alloys were fabricated by means of arc-melting, melt-spinning and melt-spinning+high-energy ball-milling techniques and investigated the effects of Al and Bi substitution for Ni in terms of their microstructure and hydrogen storage properties. The results showed that substituting Ni with Al led to a desirable decrease in absorption/desorption plateau pressure as well as to hysteresis without a reduction in hydrogen capacity. However, Bi substitution reduced the hydrogen capacity and increased the absorption/desorption plateau pressure of the samples. The formation of the (Al,Ni) intermetallic and Bi phases at grain boundaries was found to be the main reason for the changes in hydrogen storage properties. Moreover, we found that the hidrojen storage capacity of melt-spun alloys were slightly higher than those of arc-melted alloys because of formation of nano-crystalline strucutre of the melt-spun alloys. On the otherhand, the hidrojen storage capacity of the alloys obtained from melt-spinning+high-energy ball-milling techniques were found to be the lowest one, which is attributed to the oxidation of powders during milling process.