プロチウム障壁成長コントロール因子の解明で実現する高耐久集合組織制御型水素分離膜
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21H01658
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Suzuka National College of Technology |
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Principal Investigator |
南部 智憲 鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 教授 (10270274)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 佳久 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (40219522)
湯川 宏 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50293676)
戸高 義一 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50345956)
小俣 香織 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (50734133)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
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| Keywords | 水素分離 / 水素透過 / 高圧ねじり加工 / 水素キャリア / 集合組織 |
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| Outline of Research at the Start |
Pd触媒を表面に被覆したV系合金膜は水素分離膜として優れた機能を発揮するが、運転中に分離性能が徐々に低下し、やがては機能喪失するという深刻な問題を抱えている。本研究では表面Pd触媒とV基材との界面に形成されるプロチウム拡散の障壁を機能喪失の主要因として捉え、V基材の結晶方位に依存して変化するプロチウム障壁の成長メカニズムを解明し、結晶方位制御に基づいた高耐久性Fe添加V合金膜の設計へと展開する。高圧ねじり(HPT)加工が創り出すナノ結晶組織を敢えて再結晶化させる逆転の発想により、圧延加工では製造不可能な優先方位(110)集合組織に配向させる新規組織制御技術を創出し、V系合金膜の長寿命化を図る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
(Ⅰ)Fe添加が再結晶化に及ぼす影響の解明とFe添加V合金膜の結晶方位制御法の確立
400℃にて水素透過試験を行い、水素透過能が低下した膜試料の断面をSEM/EDSならびにTEM/EDSで分析した。その結果、Pd結晶粒界にVが濃縮しており、かつ最表面ではV酸化層を形成していた。500℃程度の高温では直ちにPdxVy化合物層を形成するが、400℃程度でもPd触媒層内にVが拡散し、最表面でV酸化層を形成することが水素透過能低下の原因であることを明らかにした。
(Ⅱ)プロチウム障壁成長プロセスのその場観察と成長メカニズムの解明
Pd触媒層の厚みを5nm～200nmまで変化させ、Pd触媒層の厚みの影響を調査した。その結果、膜厚薄くなるほど膜表面で酸化Vを形成するまでの時間が早まり、耐久性に劣ることが明らかとなった。ただし、膜厚5nmの膜試料を550℃の高温で試験した場合、一度水素透過能をほぼ喪失した後、再び水素透過能が向上する現象を捉えた。この現象の要因については、まだ解明できていない。
(Ⅲ)優先方位(110)再結晶集合組織に制御されたFe添加V合金膜の水素分離耐久性能評価
HPT加工材の長時間水素透過耐久試験を行った膜試料の断面をSEMならびにTEMにて観察した結果、微細な結晶粒界に沿ってPdxVy化合物層が形成されていることを確認した。(110)方位を形成することでPd/V間の相互拡散は抑制できている。しかしながら、Fe添加によって結晶粒微細化が抑えられており、結晶粒界が増大することで結晶粒内へのVの拡散が増大し、結果としてPdxVy相の形成が加速されたと理解できる。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(14 results)
