ナノ結晶粒を有する高性能Mg2Ni水素貯蔵合金の開発

• 研究課題/領域番号: 15K14183
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 材料加工・組織制御工学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 堀田 善治 九州大学, 工学研究院, 教授 (20173643)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 水素貯蔵合金 / Mg合金 / 超微細結晶粒 / 巨大ひずみ加工 / 結晶粒界 / 巨大ひずみ / 高圧ねじり加工 / 水素結合エネルギー / 格子欠陥 / 積層欠陥 / 結晶・組織制御

研究成果の概要

高圧巨大ひずみ(HPT)加工を利用してMg系合金に大量ひずみを導入し、結晶粒をナノ結晶化し、水素圧力組成等温測定装置にて水素吸脱特性を評価した。X線回折や透過電子顕微鏡を用いて組織観察や構造解析を行い、水素吸脱特性との相関を調べた。Mg2NiではHPT加工試料やその後の焼鈍試料で423 Kの温度でも3.3wt%の水素を初期活性化なしで吸蔵した。また、MgZrは室温で吸蔵速度が速くなることを確認した。さらに、水素との親和力もとに、Mg4NiPdとMg4NiSnをHPT加工で原子オーダでの混合を図り水素吸脱特性を評価した。 室温付近の短時間の反応で水素が吸蔵できることを確認した。

研究成果

• [国際共同研究] アリゾナ州立大学(米国)
• [雑誌論文] Hydrogen diffusion in ultrafine-grained iron with the body-centered cubic crystal structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Iwaoka, Makoto Arita, Zenji Horita
  • 雑誌名: Philosophical Magazine Letters 巻: 97 号: 4 ページ: 158-168
  • DOI: 10.1080/09500839.2017.1300702
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrogen generation from pure water using Al-Sn powders consolidated through high-pressure torsion (2016)
  • 著者名/発表者名: F. Zhang, R. Yonemoto, M. Arita, Z. Horita
  • 雑誌名: Journal of Materials Reseach 巻: 31 号: 6 ページ: 775-782
  • DOI: 10.1557/jmr.2016.74
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Activation of titanium-vanadium alloy for hydrogen storage by introduction of nanograins and edge dislocations using high-pressure torsion (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Edalati, H. Shao, H. Emami, H. Iwaoka, E. Akiba, Z. Horita
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 41 号: 21 ページ: 8917-8924
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.03.146
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impact of severe plastic deformation on microstructure and hydrogen storage of titanium-iron-manganese intermetallics (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Edalati, M. Matsuo, H. Emami, S. Itano, A. Alhamidi, A. Staykov, D.J. Smith, S. Orimo, E. Akiba, Z. Horita
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 124 ページ: 108-111
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2016.07.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Scaling up of High-Pressure Sliding (HPS)for Grain Refinement and Superplasticity (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Takizawa, T. Masuda, K. Fujimitsu, T. Kajita, K. Watanabe, M. Yumoto, Y. Otagiri, Z. Horita
  • 雑誌名: Metallurgical and Materials Transactions A 巻: 47 号: 9 ページ: 4669-4681
  • DOI: 10.1007/s11661-016-3623-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plastic Strain and Grain Size Effect on Phase Transformations in TiO2 Ceramics Processed by high-pressure Torsion (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Razavi-Khosroshahi, K. Edalati, M. Arita, Z. Horita, M. Fuji
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 124 ページ: 59-62
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2016.06.022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visible-Light-Driven Photocatalytic Hydrogen Generation on Nanosized TiO2-II Stabilized by High-Pressure Torsion (2016)
  • 著者名/発表者名: Hadi Razavi-Khosroshahi, Kaveh Edalati, Masashige Hirayama, Hoda Emami, Makoto Arita, Miho Yamauchi, Hidehisa Hagiwara, Shintaro Ida,Tatsumi Ishihara, Etsuo Akiba, Zenji Horita, and Masayoshi Fuji
  • 雑誌名: ACS Catalysis 巻: 6 号: 8 ページ: 5103-5107
  • DOI: 10.1021/acscatal.6b01482
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fundamentals of Superior Properties in Bulk NanoSPD Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: R.Z. Valiev, Y. Estrin, Z. Horita, T.G. Langdon, M.J. Zehetbauer and Y.T. Zhu
  • 雑誌名: Material Research Letters 巻: 4 号: 1 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1080/21663831.2015.1060543
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Solid-state reactions and hydrogen storage in magnesium mixed with various elements by high-pressure torsion: experiments and first-principles calculations (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Emami, K. Edalati, A. Staykov, T. Hongo, H. Iwaoka, Z. Horita, E. Akiba
  • 雑誌名: Royal Society of Chemistry (RCS) Advances 巻: 6 号: 14 ページ: 11665-11674
  • DOI: 10.1039/c5ra23728a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Producing Bulk Ultrafine-Grained Materials by Severe Plastic Deformation: Ten Years Later (2016)
  • 著者名/発表者名: R.Z. Valiev, Y. Estrin, Z. Horita, T.G. Langdon, M.J. Zehetbauer, Y.T. Zhu
  • 雑誌名: JOM 巻: 68 号: 4 ページ: 1216-1226
  • DOI: 10.1007/s11837-016-1820-6
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Significance of grain boundaries and stacking faults on hydrogen storage properties of Mg2Ni intermetallics processed by high-pressure torsion (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Edalati, J. Matsuda, M. Arita, T. Daio, E. Akiba, Z. Horita
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 92 ページ: 46-54
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2015.03.036
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation of Metastable Phases in Magnesium-Titanium System by High-Pressure Torsion and Their Hydrogen Storage Performance (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Edalati, H. Emami, A. Staykov, D. J. Smith, E. Akiba, Z. Horita
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 99 ページ: 150-156
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2015.07.060
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] New Nanostructured Phases with Reversible Hydrogen Storage Capability in Immiscible Magnesium-Zirconium System Produced by High-Pressure Torsion (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Edalati, H. Emami, Y. Ikeda, H. Iwaoka, Isao Tanaka, E. Akiba, Z. Horita
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 108 ページ: 293-303
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2016.02.026
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Upsizing of Severe Plastic Deformation Process under High Pressure (2017)
  • 著者名/発表者名: Zenji Horita
  • 学会等名: 7th Latin American Conference on Metastable and Nanostructured Materials (NANOMAT 2017)
  • 発表場所: Brotas, SP, Brazil
  • 年月日: 2017-03-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 巨大ひずみ加工による多機能性合金の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀田善治
  • 学会等名: 日本金属学会２０１７年春期（第１６０回)講演大会
  • 発表場所: 首都大学東京南大沢キャンパス
  • 年月日: 2017-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] Severe Plastic Deformation under High Pressure: Scaling-up of high-pressure sliding for grain refinement and enhanced mechanical properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takizawa, Takahiro Masuda, Kazushige Fujimitsu, Takahiro Kajita, Kyohei Watanabe, Manabu Yumoto, Yoshiharu Odagiri, Zenji Horita
  • 学会等名: Engineering Mechanics Institute Conference (2016EMI-IC)
  • 発表場所: Metz, France
  • 年月日: 2016-10-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 巨大ひずみ加工による材料改質と高性能化に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀田善治
  • 学会等名: 日本金属学会２０１６年秋期（第１５９回)講演大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2016-09-21
  • 招待講演
• [学会発表] Role of Grain Boundary for Hydrogen Diffusion in FCC-Pd and BCC-Fe (2016)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Iwaoka, Makoto Arita, Zenji Horita
  • 学会等名: 2016 International Hydrogen Conference
  • 発表場所: Grand Teton Lodge, Moran, WY, USA
  • 年月日: 2016-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] Scaling up of high-pressure torsion and production of superplastic Mg alloys (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Masuda and Zenji Horita
  • 学会等名: The 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM-9)
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Hydrogen storage performance of TiFe-based compounds processed by HPT (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaveh EDALATI, Motoaki MATSUO, Hoda EMAMI, Shota ITANO, Ali ALHAMIDI, Aleksandar STAYKOV, David J. SMITH, Shin-ichi ORIMO, Etsuo AKIBA, Zenji HORITA
  • 学会等名: The 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM-9)
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Severe plastic deformation under high pressure for enhanced mechanical and functional properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Zenji Horita
  • 学会等名: 2016 Nanomaterials Workshop
  • 発表場所: Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, China
  • 年月日: 2016-06-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Influence of HPT on Hydrogen Storage Performance of TiFe-Mn Compounds (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaveh Edalati, Motoaki Matsuo, Hoda Emami, Ali Alhamidi, Aleksandar Staykov, David J. Smith, Shin-ichi Orimo, Etsuo Akiba, Zenji Horita
  • 学会等名: 日本金属学会2016年春期(第158回)講演大会
  • 発表場所: 東京理科大学 葛飾キャンパス
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] Development of New Mg4NiPd Hydrogen Storage Materials Using High-Pressure Torsion Method (2016)
  • 著者名/発表者名: 植弘量子, Kaveh Edalati, Hoda Emami, Hai-Wen Li, 有田誠, 秋葉悦男, 堀田善治
  • 学会等名: 日本金属学会2016年春期(第158回)講演大会
  • 発表場所: 東京理科大学 葛飾キャンパス
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] 巨大ひずみ加工による 材料の高性能化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀田善治
  • 学会等名: 第48回材料研究会研究発表会
  • 発表場所: 富山大学工学部
  • 年月日: 2016-02-09
  • 招待講演
• [学会発表] Hydrogen storage materials for energy saving and low CO2 emission: microstructural refinement by HPT for high performance (2016)
  • 著者名/発表者名: Zenji Horita
  • 学会等名: International Symposium, Energies marines
  • 発表場所: Caen, France
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 巨大ひずみ加工を利用した材料組織制御と高機能化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀田善治
  • 学会等名: SPring-8シンポジウム2016
  • 発表場所: 関西学院大学 神戸三田キャンパス
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Production of high-performance hydrogen storage materials using process of severe plastic deformation under high pressure (2016)
  • 著者名/発表者名: Zenji Horita
  • 学会等名: 9 th NATIONAL SEMINAR OF METALLURGY AND MATERIALS (SENAMM IX)
  • 発表場所: University of Sultan Ageng Tirtayasa, Indonesia.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 巨大ひずみ加工を利用した水素貯蔵特性の向上 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀田 善治
  • 学会等名: 日本金属学会2015年秋期講演大会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] Potential of Metastable Mg-Ti Phases Produced by HPT for Hydrogen Storage (2015)
  • 著者名/発表者名: Kaveh Edalati, Aleksandar Staykov, David J.Smith, Etsuo Akiba, Zenji Horita
  • 学会等名: 2015 Fall Annual (157th) Meeting, JIM
  • 発表場所: Kyushu University Ito Campus
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Severe plastic deformation under high pressure for enhanced performance of bulk nanomaterials: Introduction of International Research Center (2015)
  • 著者名/発表者名: Zenji Horita
  • 学会等名: International Workshop of Giant Straining Process for Advanced Materials in 2015 (GSAM2015)
  • 発表場所: Dai-hakata Bldg. Room 1204, Fukuoka
  • 年月日: 2015-09-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Developing High-Performance Structural and Functional Materials Using Severe Plastic Deformation under High Pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: Zenji Horita
  • 学会等名: International Materials Research Congress (IMRC)
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2015-08-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Production of Mg-Ti alloys by HPT for hydrogen storage (2015)
  • 著者名/発表者名: Kaveh Edalati, Hoda Emami, Aleksander Staykov, David J Smith, 秋葉 悦男, 堀田 善治
  • 学会等名: 日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部・軽金属学会九州支部・北九州市 共催 平成27年度合同学術講演会
  • 発表場所: 北九州国際会議場
  • 年月日: 2015-06-06
• [図書] Promoting Functionality by Severe Plastic Deformation Significance of Lattice Defects and Phase Transformation (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaveh Edalati, Yoshifumi Ikoma and Zenji Horita
  • 総ページ数: 80
  • 出版者: IRC-GSAM, Kyushu University
• [図書] Proceedings of the International Workshop on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM2015) “Exploring SPD Potential: Innovative Approach for Production of High-Performance Materials” (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaveh Edalati, Yoshifumi Ikoma and Zenji Horita
  • 総ページ数: 71
  • 出版者: IRC-GSAM Press, Fukuoka
• [備考] 堀田研究室ホームページ
  • URL: http://zaiko6.zaiko.kyushu-u.ac.jp/
• [備考] 九州大学巨大ひずみマテリアル国際研究センター
  • URL: http://irc-gsam.kyushu-u.ac.jp/
• [産業財産権] 相当ひずみ付与材料の作製方法 (2016)
  • 発明者名: 小田切吉治、瀧沢陽一、湯本学、堀田善治
  • 権利者名: 小田切吉治、瀧沢陽一、湯本学、堀田善治
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-02-15
• [産業財産権] 相当ひずみ付与装置 (2016)
  • 発明者名: 小田切吉治、瀧沢陽一、湯本学、堀田善治
  • 権利者名: 小田切吉治、瀧沢陽一、湯本学、堀田善治
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-02-15
• [産業財産権] 水素分離膜の製造方法及び水素分離膜 (2016)
  • 発明者名: 松本佳久、岩岡秀明、有田誠、堀田善治
  • 権利者名: 松本佳久、岩岡秀明、有田誠、堀田善治
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-03-30
• [学会・シンポジウム開催] International Workshop on Giant Straining Process for Advanced Materials in 2016 (GSAM2016) (2016)
  • 発表場所: Dai-hakata Bldg. Room 1107, Fukuoka
  • 年月日: 2016-07-28
• [学会・シンポジウム開催] International Workshop of Giant Straining Process for Advanced Materials in 2015 (GSAM2015) (2015)
  • 発表場所: Dai-hakata Bldg. Room 1204, Fukuoka
  • 年月日: 2015-09-03