水素吸放出による水素吸蔵化合物の微粉化の限界―それ以上微粉化しない臨界サイズに達した化合物の物性と水素吸放出―

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12305046
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 山口 正治 京都大学, 工学研究科, 教授 (90029108)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 和博 京都大学, 工学研究科, 助手 (60303856) ; 田中 克志 京都大学, 工学研究科, 助手 (30236575)
• Keywords: 水素吸蔵材料 / 水素吸放出平衡圧 / 微紛化 / クラック形成 / Ti_3A1 / Ti-A1-Nb合金 / LaNi_5

Research Abstract

昨年に続き、(1)水素を多量に吸蔵した水素吸蔵材料の状態(微粉化の程度も含め)と水素放出過程がどのように関連しているのか?(2)水素を多量に吸蔵するが放出しない系、たとえばTi_3A1系化合物について、なぜ水素放出が困難なのか?もし何らかの方法によって放出を可能ならしめることができるとすれば、どのような方法があるか?について研究した。
水素吸放出を繰り返した後の微粉サイズを決定する要因は水素吸蔵材料の組織、物性等に依存し複雑である。LaNi_5系、TiMn_2系のように、第1サイクルの吸蔵圧と第2サイクル以降の吸蔵圧に大きな差が生ずる系では、第1サイクル吸蔵時の過水素圧は、大量のクラックの生成に必要な圧力であることが明らかになった。この大量のクラックが形成されるとき、水素吸蔵材料に水素吸蔵特性あるいは弾性的性質の大きく異なる第2相が含まれている場合(LaNi_5系、TiMn_2系の多くはこの場合に相当する)、第2相の分布状態が水素吸放出を繰り返した後の微粉サイズを決定することがあることを今回明らかにした。
平行して、Ti_3A1系合金のように多量の水素を吸蔵するが放出しない化合物に、何らかの処理を施すことによって水素を容易に放出させることを試みた。Ti_3A1系Ti-Al-Nb合金の水素吸放出特性は、合金の熱処理後の組織状態に敏感に依存し、特に、時効処理によって斜方晶のO相が存在すれば、水素吸放出が容易になる。本年、重水素を吸蔵させた試料を用い、O相とマトリックスB2相の整合歪み等の解析によりそのメカニズムを解明した。さらに、α_2Ti_3A1合金に400Kにて水素を吸放出させ、水素放出に伴うプラトー領域を始めて観察した。今後、このプラトー領域を活用し、Ti_3A1系合金の可逆的水素吸放出量を大きくすることを試みる予定である。

Research Products

• [Publications] Kazuhiro Ito: "Multiphase and microstructure effects on the hydrogen absorption/desorption behavior of a Ti-22A1-27Nb alloy"Acta Materialia. 49. 963-972 (2001)
• [Publications] L.T.Zhang: "Hydrogen absorption and desorption in a B2 single-phase Ti-22Al-27Nb alloy before and after deformation"Acta Materialia. 49. 751-758 (2001)
• [Publications] L.T.Zhang: "Beneficial effects of O-phase on the hydrogen absorption of Ti-A1-Nb alloys"Intermetallics. 9. 1045-1052 (2001)
• [Publications] Kazuyoshi Tatsumi: "Atomic structures and energetics of LaNi5-H solid solution-and hvdride"Phys.Rev.B. 64(18). 184105-1-184105-10 (2001)
• [Publications] Yoshiharu Okabe: "Effect of microstructure on time-dependent hybrogen absorption in Ti-22A1-27Nb alloys"The 4th Pacific Rim Int. Conf. on Advanced Materials and Processing (PRICM4), 2001,JIM. 911-914 (2001)
• [Publications] Haruyuki Inui: "Microstructure-hydrogen sorption property relationships in LaNi_5-based alloys"The 4th Pacific Rim Int. Conf. on Advanced Materials and Processing (PRICM4), 2001,JIM. 429-432 (2001)
• [Publications] Tomokazu Matsuura: "Microstructure-hydrogen property relationships in TiMn_2-based alloys"The 4th Pacific Rim Int. Conf. on Advanced Materials and Processing (PRICM4), 2001,JIM. 485-488 (2001)
• [Publications] Haruyuki Inui: "Deformation of hydrogen-absorbing intermetallic compounds"The 4th Pacific Rim Int. Conf. on Advanced Materials and Processing (PRICM4), 2001,JIM. 999-1002 (2001)
• [Publications] H.Inui: "Lattice defects introduced during hydrogen absorption-desorption cycles and their effects on P-C characteristics in some intermetallic compounds"J.Alloys and Coumpounds. 330-332. 117-124 (2002)
• [Publications] T.Yamamoto: "Deformation of LaNi5 by uniaxial compression and hydrogenation"Intermetallics. 9. 987-991 (2001)