金属系水素分離膜のハイブリッドその場膜強度評価法の開発と固溶水素脆化機構の解明

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19560714
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 大分工業高等専門学校
• 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)
• 研究分担者: 湯川 宏 名古屋大学, 大学院工学研究科, 助教 (50293676) ; 南部 智憲 鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 講師 (10270274)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• キーワード: 水素 / 金属物性 / 燃料電池 / 新エネルギー / 構造・機能材料 / 水素透過 / 水素脆化 / 小型パンチ試験

研究概要

水素環境中あるいは水素透過中に破壊試験が可能なin-situ 小型パンチ試験装置に水素選択透過性試験装置を組み込んだハイブリッド評価システムを構築し,ニオブ水素分離膜の水素脆化その場測定により,耐水素脆化に対する限界固溶水素濃度を求めた。また,ニオブ中への合金元素の添加効果を調べて,延性-脆性遷移を温度と固溶水素量の観点で求めた材料設計クライテリオンを確立した。さらに,この知見を基にしてパフォーマンス・チューニングしたNb-Ru あるいはNb-W 系のbcc 単相合金は,高い水素透過能と耐水素脆性,加工性および耐久性を兼ね備えていることが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] PdおよびRuを添加したニオブ合金水素透過膜の機械的性質 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松本佳久,佐藤翔平,森迫和宣,都甲鉱千,染矢拓範
  • 雑誌名: 大分工業高等専門学校紀要 第45号 ページ: 5-9
• [雑誌論文] Alloy Design of Nb-Based Hydrogen Permeable Membrane with Strong Resistance to Hydrogen Embrittlement (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yukawa, Tomonori Nambu, Yoshihisa Matsumoto, Naoshi Watanabe, Guoxing Zhang and Masahiko Morinaga
  • 雑誌名: Material Transactions Vol. 49, No. 10 ページ: 2202-2207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of hydrogen diffusion coefficient during hydrogen permeation through pure niobium (2008)
  • 著者名/発表者名: G. X. Zhang, H. Yukawa, N. Watanabe, Y. Saito, H. Fukaya, M. Morinaga, T. Nambu and Y. Matsumoto
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy Vol. 33, Issue 16 ページ: 4419-4423
  • 査読あり
• [雑誌論文] 純ニオブ水素透過膜の固溶水素濃度と機械的特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 松本佳久,清水一行,佐藤翔平,森迫和宣,都甲紘千
  • 雑誌名: 大分工業高等専門学校紀要 第44号 ページ: 15-20
• [雑誌論文] Enhanced hydrogen embrittlement of Pd-coated niobium metal membrane detected by in situ small punch test under hydrogen permeation (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Nambu, K. Shimizu, Y. Matsumoto, R. Rong, N. Watanabe, H. Yukawa, M. Morinaga and I. Yasuda
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 446-447 ページ: 588-592
  • 査読あり
• [学会発表] ニオブ系水素透過膜の水素透過中その場の水素拡散係数の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 湯川宏,張国興,渡邉直,森永正彦,南部智憲,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会2009 年春期(第144回)大会講演概要(S1・21), p. 77
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] Nb-W 合金の加工熱処理条件と水素透過能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 和田巧,渡邉直,粟倉康崇,張国興,湯川宏,森永正彦,南部智憲,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会2009 年春期(第144回)大会講演概要(S1・20), p. 76
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] 低水素圧力条件下でのニオブおよびニオブ系合金膜の水素透過能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 嶋一成,淺井歩,南部智憲,松本佳久,張国興,湯川宏,森永正彦
  • 学会等名: 日本金属学会2009 年春期(第144回)大会講演概要(6), p. 435
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • 年月日: 2009-03-28
• [学会発表] Development of Hydrogen Permeation In-Situ Fracture Test Apparatus for Quantitative Measurement of Hydrogen Embrittlement (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, H. Yukawa and T. Nambu
  • 学会等名: Proc. of Materials Science and Engineering, Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes (MSE08), (804), p. D11-804
  • 発表場所: Nuernberg, Germany
  • 年月日: 20080901-4
• [学会発表] Hydrogen diffusion coefficient during hydrogen permeation through Nb-based hydrogen permeable membranes (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yukawa, G.X. Zhang, N. Watanabe, M. Morinaga, T. Nambu, Y. Matsumoto
  • 学会等名: Proc. of 4th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids (DSL-2008)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 20080709-11
• [学会発表] Nb-W 系水素透過膜合金の耐水素脆性と水素透過能に及ぼすTa の添加効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 渡邉直,和田巧,張国興,湯川宏,森永正彦,南部智憲,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会2008 年秋期(第143 回)大会講演概要(903),p. 444
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2008-09-25
• [学会発表] Alloying effects on hydrogen solubility and resistance to hydrogen embrittlement for Nb-based hydrogen permeable membranes (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yukawa, M. Morinaga, N. Watanabe, G. Zhang, T. Nambu, Y. Matsumoto and I. Yasuda
  • 学会等名: Proceedings of the 10th International Conference on Inorganic Membranes (ICIM10), August 18-22, 2008
  • 発表場所: Weseda University, Tokyo, Japan (Metal membranes III, 3rd presentation)
  • 年月日: 2008-08-21
• [学会発表] Alloying effects of Ru and W on the resistance to hydrogen embrittlement and hydrogen permeability of Nb (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Watanabe, H. Fukaya, Y. Saito, G. Zhang, H. Yukawa, M. Morinaga, T. Nambu, S. Sato, K. Morisako, H. Togo, Y. Matsumoto, I. Yasuda
  • 学会等名: Proc. of International Symposium on Metal-Hydrogen Systems (MH2008), June 24-28, 2008 Reykjavik, Iceland, (A3)
  • 発表場所: Reykjavik, Iceland
  • 年月日: 2008-06-25
• [学会発表] Analysis of hydrogen diffusion coefficient during hydrogenpermeation through niobium and its alloys (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yukawa, N. Watanabe, G. Zhang, H. Fukaya, Y. Saito, M. Morinaga, T. Nambu, Y. Matsumoto
  • 学会等名: Proc. of International Symposium on Metal-Hydrogen Systems (MH2008), June 24-28, 2008 Reykjavik, Iceland, (A3), p.6
  • 発表場所: Reykjavik, Iceland
  • 年月日: 2008-06-25
• [学会発表] ニオブ水素透過膜の固溶水素濃度と延性-脆性遷移 (2008)
  • 著者名/発表者名: 都甲紘千,森迫和宣,渡邉直,南部智憲,湯川宏,森永正彦,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会・日本鉄鋼協会九州支部共催平成20 年度合同学術講演大会講演概要集(P17),p. P17
  • 発表場所: 九州大学筑紫地区
  • 年月日: 2008-06-07
• [学会発表] 水素環境その場破壊試験によるニオブの水素脆性の定量評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 森迫和宣,都甲紘千,渡邉直,南部智憲,湯川宏,森永正彦,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会・日本鉄鋼協会九州支部共催平成20 年度合同学術講演大会講演概要集(B5),p. B5
  • 発表場所: 九州大学筑紫地区
  • 年月日: 2008-06-07
• [学会発表] ニオブ合金の水素透過能のその場解析と合金設計への展開 (2008)
  • 著者名/発表者名: 張国興,渡邉直,深谷容明,斉藤良裕,南部智憲,松本佳久,湯川宏,森永正彦
  • 学会等名: 日本金属学会2008年春期(第142 回)大会講演概要(12), p.440
  • 発表場所: 武蔵工業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] 高固溶水素濃度状態における水素透過能の解析法 (2008)
  • 著者名/発表者名: 湯川宏,張国興,森永正彦,渡邉直,南部智憲,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会2008 年春期(第142 回)大会講演概要(S7・37), p. 174
  • 発表場所: 武蔵工業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] Nb-Ru 合金の耐水素脆性と水素透過能 (2008)
  • 著者名/発表者名: 渡邉直,深谷容明,斉藤良裕,張国興,湯川宏,森永正彦,南部智憲,佐藤翔平,森迫和宣,都甲紘千,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会2008 年春期(第142 回)大会講演概要(S7・36), p. 173
  • 発表場所: 武蔵工業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] 高い水素透過能と耐水素脆性および耐久性に優れたニオブ系水素透過膜合金の設計方法 (2008)
  • 著者名/発表者名: 南部智憲,松本佳久,渡邉直,湯川宏,張国興,森永正彦
  • 学会等名: 日本金属学会2008 年春期(第142 回)大会講演概要(S7・35), p. 173
  • 発表場所: 武蔵工業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] 水素透過その場破壊試験装置の開発と水素脆性の定量評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松本佳久,佐藤翔平,森迫和宣,都甲紘千,渡邉直,南部智憲,湯川宏,森永正彦
  • 学会等名: 日本金属学会2008 年春期(第142 回)大会講演概要(S7・34), p. 172
  • 発表場所: 武蔵工業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] ニオブ系水素透過膜合金の耐水素脆性改善のための合金設計 (2007)
  • 著者名/発表者名: 湯川宏,渡邉直,張国興,森永正彦,南部智憲,松本佳久
  • 学会等名: 材料における水素有効利用研究会,平成19 年度研究会概要(S6-30),p. 30
  • 発表場所: 屋久島いわさきホテル
  • 年月日: 2007-12-07
• [学会発表] Hydrogen Solubility and Resistance to Hydrogen Embrittlement of Nb-Pd Based Alloys for Hydrogen Permeable Membrane (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Watanabe, G. Zhang, H. Yukawa, M. Morinaga, T. Nambu, K. Shimizu, S. Sato, K. Morisako, Y. Matsumoto, I. Yasuda
  • 学会等名: Proceedings of the Sixth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM-6),Nov. 5-9, 2007, ICC Jeju, (S12-2)
  • 発表場所: Jeju Island, Korea,
  • 年月日: 2007-11-07
• [学会発表] Nb 系水素透過膜合金の固溶水素量と耐水素脆性に及ぼすRu, W の添加効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 渡邉直,張国興,湯川宏,森永正彦,南部智憲,佐藤翔平,森迫和宣,都甲紘千,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会2007 年秋期(第140 回)大会講演概要(447), p. 319
  • 発表場所: 岐阜大学
  • 年月日: 2007-09-20
• [学会発表] 純Nb およびPd-30Ag 合金水素透過膜の機械的性質 (2007)
  • 著者名/発表者名: 森迫和宣,佐藤翔平,南部智憲,湯川宏,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会・日本鉄鋼協会九州支部共催平成19 年度合同学術講演大会講演概要集(P24),p.P24
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2007-06-08
• [図書] Hydrogen Diffusion Coefficient during Hydrogen Permeation through Nb-Based Hydrogen Permeable Membranes, Defect and Diffusion Forum Vols. 283-286 (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Yukawa, G.X. Zhang, N. Watanabe, M. Morinaga, T. Nambu, Y. Matsumoto
  • 総ページ数: 225-230
  • 出版者: Trans Tech Publications, Switzerland
• [図書] Hydrogen solubility and resistance to hydrogen embrittlement of Nb-Pd based alloys for hydrogen permeable membrane, Advanced Materials Research, Vols. 26-28 (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Watanabe, G. Zhang, H. Yukawa, M. Morinaga, T. Nambu, K. Shimizu, S. Sato, K. Morisako, Y. Matsumoto, I. Yasuda
  • 総ページ数: 873-876
  • 出版者: Trans Tech Publications Inc. Uetikon-Zurich, Switzerland
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.oita-ct.ac.jp/kikai/matumoto/sub7.html
• [産業財産権] 特許権 (2009)
  • 発明者名: 黒川英人,西井匠,白崎義則,安田勇,森永正彦,湯川宏,南部智憲,松本佳久
  • 権利者名: 東京瓦斯(株),国立大学法人名古屋大学,独立行政法人国立高等専門学校機構
  • 産業財産権番号: 特許,特願2009-062146
  • 出願年月日: 2009-03-14
• [産業財産権] 特許権 (2008)
  • 発明者名: 黒川英人,常木達也,白崎義則,安田勇,森永正彦,湯川宏,南部智憲,松本佳久
  • 権利者名: 東京瓦斯(株),国立大学法人名古屋大学
  • 産業財産権番号: 特許,特願2008-072609
  • 出願年月日: 2008-03-19
• [産業財産権] 特許権 (2008)
  • 発明者名: 黒川英人,常木達也,白崎義則,安田勇,森永正彦,湯川宏,南部智憲,松本佳久
  • 権利者名: 東京瓦斯(株),国立大学法人名古屋大学
  • 産業財産権番号: 特許,特願2008-072607
  • 出願年月日: 2008-03-19