The processing of Mg-Ti powder for hydrogen storage
Mg-Ti tozlarının hidrojen depolama amaçlı üretimi
- Tez No: 286113
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Çalışma, Mg-Ti esaslı hidrojen depolama alaşımlarının üretimi için uygun üretim yöntemlerinin seçimini hedef almıştır. Bu amaçla seçilen yöntemler; argon altında öğütme, hidrojen altında öğütme, eş kanallı açısal pres (EKAP) ve ısıl plazma yöntemleridir. Elde edilen yapılar, tane büyüklüğü, kristal/hücre boyutu ve Ti dağılımı bakımından incelenmiş ve karşılaştırılmıştır.Öğütme yöntemi ile elde edilen yapı, büyük Mg taneler üzerinde homojen dağılmış küçük Ti parçacıkları şeklindedir. Mg parçacıklar genellikle 100 µm'dan büyüktür. Bu başlangıç tozlarından daha büyük olan parçacık boyutu, topların çarpma etkisi ile birbirine yapışması ve sünek kırılma etkisi ile oluşmuştur. Mg tanelerin katlanarak tekrar yapışması Ti taneciklerinin yapı içinde homojen dağılmasına olanak sağlamıştır. X ışınları yöntemi ile elde edilen kristal boyutu 26 nm'dir. Bu değer Mg tanelerinin genellikle 1011 hücreden oluştuğunu göstermektedir. Hidrojen altında öğütme tane boyutunda belirgin bir düşüşe neden olmuştur. Bu yöntemde Mg ve Ti tozlarının öğütme esnasında kırılgan MgH2 ve TiH2 tozlarına dönüşmesi sonucunda mikron altı tane boyutlarına ulaşılmıştır. Argon altında öğütülmüş Mg-10 hacim % Ti sırasıyla hidrojen emme ve geri verme için 76.74 kJ/mol-H2 and -138.64 J/K.mol-H2 ,66.54 kJ/mol H2 and 120.12 J/K.mol H2 entalpi ve entropi değerleri vermiştir. Bu değerler Mg esaslı malzemeler için literaturde bulunan en düşük değerlerden çok da uzak değildir.EKAP'ın kütle halinde bir yöntem olması nedeniyle tozların ortamla etkileşimi en az düzeydedir. Yöntem aynı numuneye tekrar tekrar uygulanabilmekte ve bu sayede öğütme yöntemi ile elde edilen hücre/kristal boyutuna ulaşılabilmektedir. Fakat bu yöntemde fazların birbiri içinde karışabilmeleri için çok yüksek miktarlarda deformasyona ihtiyaç vardır. ECAP yöntemi gerinim sertleşmesine neden olarak daha hızlı öğütmeye olanak sağlamaktadır. Yöntem bu nedenle sünek hidrojen depolama alaşımlarının öğütülebilmesi için özellikle uygundur. Bu amaçla önerilen yöntem hidrojen depolama alaşımının önce hava ortamında ECAP yöntemi ile deforme edilmesi ve takiben inert ortamda öğütülmesidir.Plazma yöntemi çok küçük tane boyutunda Mg tozlarının üretimine olanak sağlar. Mg-Ti toz karışımın buharlaştırılması ve çöktürülmesi yöntemi ile 100 nm'den daha küçük Mg taneleri üretilebilmiştir. Ti boyutları nanometre mertebesinden mikron mertebesine geniş bir dağılım göstermekle birlikte tanelerin önemli bir kısmı 10-20 nm aralığındadır.Bu çalışma kullanılan yöntemler arasında hidrojen altında öğütme ve ısıl plazma yöntemlerinin hidrojen depolama alaşımlarının üretimi için uygun olduğunu göstermektedir. Hidrojen altında öğütme yöntemi mikron altı, ısıl plazma yöntemi ise nano boyutta tozların üretimine olanak sağlamıştır. Plazma yöntemi kullanılarak çok küçük Ti parçacıklarla kaplanmış Mg tozlarının oluşturulabilmesi mümkün gözükmektedir.
Özet (Çeviri)
A study was carried out on the selection of processing condition that would yield Mg-Ti with most favourable hydrogenation properties. Processing routes under consideration were; mechanical milling under inert atmosphere, reactive milling i.e. milling under hydrogen atmosphere, ECAP (equal channel angular pressing) and thermal plasma synthesis. Structure resulting from each of these processing routes was characterized with respect to size reduction, coherently diffracting volume and the distribution of Ti catalyst.Mechanical milling yielded a particulate structure made up of large Mg agglomerates with embedded Ti fragments with a uniform distribution. Mg agglomerates have sizes larger than 100 µm which arises as a result of a balance between cold welding process and ductile fracture. Repeated folding of Mg particles entraps Ti fragments inside the Mg agglomerates resulting in a very uniform distribution. Coherently diffracting volumes measured by X-ray Rietveld analysis have small sizes ca. 26 nm which implies that the agglomerates typically comprise 1011 crystallites. Mechanical milling under hydrogen, i.e. reactive milling, led to drastic reduction in particle size. Mg and Ti convert to MgH2 and TiH2 which are milled efficiently due to their brittleness resulting in particle sizes of sub-micron range. Hydrogenation experiments carried out on Mg-10 vol % Ti milled under argon yields enthalpy and entropy values of -76.74 kJ/mol-H2 and -138.64 J/K.mol-H2 for absorption and 66.54 kJ/mol H2 and 120.12 J/K.mol H2 for desorption, respectively. For 1 bar of hydrogen pressure, this corresponds to a hydrogen release temperature of 280 °C. This value is not far off the lowest desorption temperature reported for powder processed Mg based alloys.ECAP processing is a bulk process where the powders, consolidated in the first pass, have limited contact with atmosphere. This process which can be repeated many times lead to structural evolution similar to that of milling, but for efficient mixing of phases it was necessary to employ multi-pass deformation. An advantage of ECAP deformation is strain hardening of the consolidated powders which has improved milling ability. Based on this, a new route was proposed for the processing of ductile hydrogen storage alloys. This involves several passes of ECAP deformation carried out in open atmosphere and a final milling operation of short duration under inert atmosphere.The plasma processing yields Mg particles of extremely small size. Evaporation of Mg-Ti powder mixture and the subsequent condensation process yield Mg particles which are less than 100 nm. Ti particles, under the current experimental condition used, have irregular size distribution but some could be quite small, i.e. in the order of a few tens of nanometers.Of the four processing routes, it was concluded that both reactive milling and thermal plasma processing are well suited for the production of hydrogen storage alloys. Reactive milling yield particles in submicron range and plasma processing seems to be capable of yielding nanosize Mg particles which, potentially, could be decorated with even smaller Ti particles.
Benzer Tezler
- Magnesium based hydrogen storage materials
Magnezyum esaslı hidrojen depolama malzemeleri
MERVE ILIKSU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA YAVUZ
- Combinatorial study of hydrogen storage alloys
Hidrojen depolayıcı fazların hızlı tayini için yöntem geliştirilmesi
RABİA ÖLMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- The processing of porous Ni-RICH TiNi alloys via powder metallurgy and their characterization
Gözenekli nikelce zengin TiNi alaşımlarının toz metalurji yöntemiyle üretilmesi ve karakterizasyonu
GÜL İPEK NAKAŞ
Doktora
İngilizce
2012
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAKİR BOR
- Gaz enjeksiyon ve elementel karbon ilavesi yöntemleri ile tic takviyeli alüminyum matrisli kompozit üretimi
Başlık çevirisi yok
IŞIL ÇEVİKER KERTİ
Doktora
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. ERMAN TULGAR
- Hidroksiapatit seramiklerinin mekanik özelliklerinin zirkonya ilavesiyle geliştirilmesi
İmproving of mechanical properties of hydroxyapatite ceramics with addition zirconia
ALPER OZAN KESKİN