Nb-W系水素透過膜合金の機能設計-長期間水素透過における耐久性向上にむけて-

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20560661
• 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: 鈴鹿工業高等専門学校
• 研究代表者: 南部 智憲 鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 准教授 (10270274)
• 研究分担者: 湯川 宏 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教 (50293676) ; 松本 佳久 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (40219522)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 水素透過膜 / 耐水素脆性 / 水素透過能 / ニオブ / 固溶水素濃度 / 合金効果 / 合金設計

研究概要

Nb-W系水素透過合金の機械的性質、水素化特性および水素透過能に及ぼす合金効果を調査し、得られた結果より、耐久性向上に向けたNb-W系合金の設計指針を確立した。実験結果より、NbへのMo添加は固溶水素量の抑制効果が大きく、W添加は加工硬化したNb合金の軟化温度を向上させることが明らかとなった。さらに、NbにWとMoとを共添加することによって、加工性を維持しつつ、耐熱性および耐水素脆性に優れ、かつ高い水素透過能を発揮することがわかった。一方、Nb膜とPd触媒層との間に酸化物層を形成することによって、Pd触媒層とNb膜との相互拡散反応が防止され、水素透過能の耐久性が向上することが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Hydrogen Solubility and Permeability of Nb-W-Mo Alloy Membrane (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Awakura, H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto and M. Morinaga
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 509 ページ: 877-880
  • 査読あり
• [雑誌論文] V-W Alloy Membranes for Hydrogen Purification (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto, M. Morinaga
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 509 ページ: 881-884
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Evaluation of Hydrogen Embrittlement of Metal Membrane Detected by in-situ Small Punch Test under Hydrogen Permeation (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, H. Yukawa and T. Nambu
  • 雑誌名: Metallurgical Journal, LXIII ページ: 74-78
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new concept for alloy design of Nb-based hydrogen permeable alloys with high hydrogen permeability and strong resistance to hydrogen embrittlement (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Yukawa, M. Morinaga, T. Nambu and Y. Matsumoto
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 654-656 ページ: 2827-2830
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ analysis of hydrogen mobility during hydrogen permeation through Nb-based hydrogen permeable membranes (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto, M. Morinaga
  • 雑誌名: Defect and Diffusion Forum 巻: 312-315 ページ: 506-512
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alloying Effects on the Hydrogen Diffusivity during Hydrogen Permeation through Nb-based Hydrogen Permeable Membranes (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Yukawa, G. X. Zhang, M. Morinaga, T. Nambu, and Y. Matsumoto
  • 雑誌名: Defect and Diffusion Forum 巻: 297-301 ページ: 1091-1096
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alloying effects of Ru and W on hydrogen diffusivity during hydrogen permeation through Nb-based hydrogen permeable membranes (2010)
  • 著者名/発表者名: G. X. Zhang, H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto, M. Morinaga
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 35 ページ: 1245-1249
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alloying effects of Ru and W on the resistance to hydrogen embrittlement and hydrogen permeability of niobium (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Watanabe, H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto, G. X. Zhang and M. Morinaga
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 477 ページ: 851-854
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of hydrogen diffusion coefficient during hydrogen permeation through niobium and its alloys (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Yukawa, G. X. Zhang, N. Watanabe, M. Morinaga, T. Nambu and Y. Matsumoto
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 476 ページ: 102-106
  • 査読あり
• [雑誌論文] 水素透過膜用Nb-W-Ta合金の水素雰囲気中における機械的性質と水素透過能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡邉直,湯川宏,南部智憲,松本佳久,張国興,森永正彦
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 73 ページ: 742-746
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen diffusion coefficient during hydrogen permeation through Nb-based hydrogen permeable membranes (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Yukawa, G. X. Zhang, N. Watanabe, M. Morinaga, T. Nambu, Y. Matsumoto
  • 雑誌名: Defect and Diffusion Forum Vols 巻: 283-286 ページ: 225-230
  • 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 巻: 33 ページ: 4419-4423
  • 査読あり
• [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: H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto, N. Watanabe, G. X. Zhang and M. Morinaga
  • 雑誌名: Material Transactions 巻: 49 ページ: 2202-2207
  • 査読あり
• [学会発表] Nb-5mol% W-5mol% Mo合金の高周波電磁浮遊溶解 (2011)
  • 著者名/発表者名: 南部智憲,松本佳久,湯川宏
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京都市大学
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] 膜分離型水素製造システムへの搭載に向けた高機能水素透過合金膜の設計開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 南部智憲
  • 学会等名: 第7回国際水素・燃料電池展FC-EXPO2-11
  • 発表場所: 東京国際展示場
  • 年月日: 2011-03-03
• [学会発表] ニオブおよびバナジウム膜の水素透過試験による水素易動度の定量 (2010)
  • 著者名/発表者名: 嶋一成,南部智憲,湯川宏,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2010-09-26
• [学会発表] ニオブおよびバナジウム膜表面へのパラジウム電解めっき (2010)
  • 著者名/発表者名: 南部智憲,松本佳久,湯川宏,明石隆文,後藤貴志
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2010-09-26
• [学会発表] Nb-W合金の水素透過能に及ぼす圧延加工と熱処理の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 粟倉康孝,和田巧,湯川宏,南部智憲,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 日本金属学会
  • 年月日: 2010-09-26
• [学会発表] 純ニオブ膜の水素透過流束に及ぼす表面状態の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大西宏幸,松本佳久,南部智憲,湯川宏
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2010-09-26
• [学会発表] 水素の化学ポテンシャルに基づくニオブ系水素透過合金の設計指針 (2010)
  • 著者名/発表者名: 奥村翔吾,南部智憲,松本佳久,湯川宏
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2010-09-26
• [学会発表] ニオブの水素透過能と水素の化学ポテンシャル (2010)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] 金属系水素透過膜の水素透過速度と水素の化学ポテンシャル (2010)
  • 著者名/発表者名: 奥村翔吾,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
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] Nb-W合金の水素化特性と水素透過能に及ぼすMoの添加効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 南部智憲,湯川宏,張国興,森永正彦,松本佳久
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] 低水素圧力条件に特化したニオブ系水素透過膜合金の設計方法 (2009)
  • 著者名/発表者名: 嶋一成,南部智憲,松本佳久,湯川宏,張国興,森永正彦
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2009-09-16
• [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
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2009-03-29
• [備考]
  • URL: http://www.suzuka-ct.ac.jp/mse/
• [産業財産権] 水素分離膜,その製造方法及び水素製造装置 (2011)
  • 発明者名: 黒川英人,森永正彦,湯川宏,南部智憲,松本佳久
  • 権利者名: 東京瓦斯(株),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-084665
  • 出願年月日: 2011-04-06
• [産業財産権] 水素分離方法及び装置 (2010)
  • 発明者名: 黒川英人,森永正彦,湯川宏,南部智憲,松本佳久
  • 権利者名: 東京瓦斯(株),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-213773
  • 取得年月日: 2010-09-24
• [産業財産権] 水素分離膜 (2010)
  • 発明者名: 黒川英人,森永正彦,湯川宏久,南部智憲,松本佳
  • 権利者名: 東京瓦斯(株),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-213772
  • 取得年月日: 2010-09-24
• [産業財産権] 水素分離膜および水素分離法 (2010)
  • 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),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、PCT/JP2010/065788
  • 取得年月日: 2010-09-14
  • 外国
• [産業財産権] 水素透過速度の推定方法,水素製造装置およびその運転方法 (2010)
  • 発明者名: 黒川英人,森永正彦,湯川宏,南部智憲,松本佳久
  • 権利者名: 東京瓦斯(株),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-172964
  • 取得年月日: 2010-07-30
• [産業財産権] 5A族金属系水素分離膜を用いた水素分離システム (2010)
  • 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),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-007613
  • 取得年月日: 2010-01-16
• [産業財産権] 2段式水素分離型改質器 (2010)
  • 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),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-007516
  • 取得年月日: 2010-01-15
• [産業財産権] Nb膜,周期律表5A族金属合金膜を使用した水素分離システム (2010)
  • 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),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-007428
  • 取得年月日: 2010-01-15
• [産業財産権] V-W系合金膜からなる水素分離膜及び水素分離法 (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),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2009-212550
  • 取得年月日: 2009-09-14
• [産業財産権] Nb-W-Mo系合金膜からなる水素分離膜及び水素分離法 (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),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2009-212357
  • 取得年月日: 2009-09-14
• [産業財産権] Nb膜を使用した水素分離システム (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),名古屋大学,高専機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2009-62146
  • 取得年月日: 2009-03-14