1.4.3  Mg-Ni系非晶储氢合金在火箭推进器中的应用

氢气的分子量最小，燃烧值很高，高达121061kJ/kg。氢能以液态形式很早就应用在推进剂领域且经验成熟效果显著【29】 ，但其储存，运输和使用需要高压，低温等苛刻条件，要求技术很高，成本大，且不安全。要在固体火箭推进剂中引入氢能，利用储氢材料是一个具有研究意义的方法。

高氯酸铵（AP）是固体火箭推进剂中最常用的氧化剂，占60%的质量分数，原因在于其具有较高的有效含氧量，密度大，与推进剂组分相容性好，生成气体多，方热量大，廉价等优点，其在固体火箭推进剂中的作用主要有：

（1） 分解产生的养供推进剂燃烧所用，保证推进剂燃烧释放足够的能量；

（2） 在推进剂燃烧过程中，其分解产物与其他组分分解产物发生氧化还原反应，生成气体，提高推力；

（3） 用作粘合剂基体的填充物，使得推进剂的机械强度和弹性模量增加；

（4） 其粒度大小和级配直接关系到推进剂的燃烧速度。

    镁基储氢合金的储氢量大，氢气单位质量的气体体积大，能显著增加推进剂的推力，在火箭推进剂中的应用具有研究和使用价值【29~30】。镁基储氢合金释放的大量氢气可以催化高氯酸铵（AP）的热分解，并放出大量热量，显著提高推进剂的比冲值，并有利于推进剂的点火和燃烧特性。此外，镁基储氢合金本身也能催化高氯酸铵（AP）的热分解，更值得一提的是，其在推进剂燃烧过程中可以燃烧氧化，无不利影响，催化功效和燃烧性能合二为一，改善推进剂燃烧特性效果显著，克服了常用金属氧化物催化剂不含能，不能燃烧，不利于推进剂燃烧的缺点。非晶是一种亚稳态，本身能量较高，若将其引入火箭推进剂应用中，则在推进剂燃烧过程中晶化放热，相对于多晶来说催化促进作用更明显有效，但是这方面的相关研究极少。因此，镁基非晶储氢合金有望在火箭推进剂领域成为高效含能催化剂并得到广泛应用。文献综述

1.4.4  镁系储氢合金元素取代改性的研究进展

图1.2 Mg2Ni系储氢合金元素取代开发图

镁系储氢合金的元素取代改性一般采用I A~VB族放热型金属元素。取代Mg2Ni中的Mg，用ⅥB/ⅧB族吸热型过渡族金属元素来部分取代B侧元素Ni，形成多元合金体系，进而显著改善镁系储氢合金的储氢性能。在Mg2Ni基础上进行了A、B侧的元素部分替代，开发出一系列新型合金，其开发系统图如图1．2所示。通过对镁系储氢合金的元素取代改性研究认为，Zr、Ti和Cr等都是较为优良的替代元素。Zhang Yunshi等采用机械合金化法制备出Mg2Ni1-xZrx系列合金，发现该合金主相为六方结构，且随着Zr含量的增加，合金的放氢容量增大，另外，Zr的加入还改善了合金的界面结构，提高了氢原子的扩散能力，降低了氢化物的生成热，使活性点增多，放氢温度降低。Kohno【31】用机械合金化法制备出Mg1．9Mo0．1Ni(M=Al，Mn)，发现合金的吸氢温度与Al或Mn的含量有关，Al或Mn含量越高，则吸氢温度越低，与Mg2Ni比较，合金电极的循环寿命因添加Al而得到改善，合金的放电容量也达到了750mA·h/g，在循环19个周期后仍可达到250rnA·h/g，而且在室温就有一定的放电能力。Nohara等【32】用V部分替代Mg，采用机械合金化法制备出Mg0．9V0.1Ni，与Mg2Ni相比，第一次放电相差不多，但是循环寿命显著提高，可见V的添加有效的防止了在合金表面形成Mg(OH)2，因而在充放电过程中保护了合金的吸放氢性能。王秀萍等采用机械球磨与固相烧结法制备出纳米晶Mg2Ni1-xCrx（x=0，0．1，O．2，O．3)合金，在210℃吸氢、250℃放氢的条件下发现，添加Cr后合金的最大吸放氢量明显提高；其中Mg2Ni0.8Cr0.2合金的气态储氢量和吸氢动力学性能较好，无需活化第一次放氢量就达到3．0％，并且循环稳定性良好。另外，其他金属替代元素(如Fe、Cu、Ti与Mn等)都对镁系储氢合金性能有一定的改善作用。