| 研究課題/領域番号 |
15H04148
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| 研究機関 | 大分工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
松本 佳久 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (40219522)
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| 研究分担者 |
南部 智憲 鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 教授 (10270274)
湯川 宏 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50293676)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 水素 / 構造・機能材料 / 材料加工・処理 / 燃料電池 / 金属物性 / 水素透過 / スモールパンチ / 巨大ひずみ |
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| 研究実績の概要 |
本課題では高圧アロトロピー組織制御によって結晶粒を超微細化した5族金属やそれらの合金についての水素透過性能を調べ，水素環境in-situ小型パンチ（SP）試験とSPクリープ試験による耐久性評価を行うとともに，これら水素透過材料の透過性能向上の発現機構を解明することを目指した。平成29年度は，強ひずみ加工を行ったバナジウム（V）の水素透過メカニズムを水素のトラップサイトと拡散経路の観点で検討することを主目標に置いて研究を展開した。得られた結果や知見を以下に要約する。
（１）VにHPT加工を施すことで平均結晶粒径は290nmとなり，超微細結晶組織を形成した。500℃熱処理で粒径は320nmと殆ど変化しなかったが，700℃熱処理後では2.34μmであり，粗大化を確認した。また900℃熱処理後は88μmにまで粒成長していた。従って，再結晶は500～700℃で起きていた。これは当該組織構造の水素分離膜運転温度条件では構造転移によるクリープ損傷機構の変化が起きないことを意味するものである。実際，クリープ試験後の透過膜の破面FE-SEM観察においてもこれを確認した。
（２）熱処理によってランダム粒界の存在比が増えていくが，結晶粒粗大化に伴い絶対量としての粒界体積が減少し対応粒界及びランダム粒界の存在量も減少していることが分かった。水素透過係数は粒径依存性が見られることから，結晶粒界が水素の高速拡散経路として機能している可能性を示唆した。
（３）PCT曲線の測定ではHPT加工によるVの水素吸蔵特性の向上は無かったため，水素透過係数が向上する理由として，溶解度係数の改善が寄与している可能性は低い。HPT加工で増大した結晶粒界が水素の高速拡散経路として機能し，みかけの拡散係数が改善されたことが主因であると考える。
今後，上記効果の活用を目指した実用水素分離膜モジュールの作製プロセスの検討が期待される。
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| 現在までの達成度 (段落) |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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