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2014 年度 実績報告書

水素分離膜のコンビナトリアル高温耐久性評価法の構築と固溶水素脆性遷移機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 24560865
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, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50293676)
南部 智憲  鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 准教授 (10270274)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード水素透過膜 / バナジウム合金 / ニオブ合金 / タンタル合金 / 小型パンチ試験 / 小型パンチクリープ試験 / 耐水素脆性 / 固溶水素濃度
研究実績の概要

水素環境中in-situ小型パンチ(SP)試験とSPクリープ(SPC)試験とを融合したコンビナトリアル高温耐久性評価法を構築し,水素透過合金の延性-脆性遷移水素濃度(DBTC)解析とその発現機構解明を目指して研究を展開した。得られた結果や知見を以下に要約する。
1.水素環境高温SPC試験治具,クリープ破断放出ガス検出機能等の組込を行った後,bcc単相のNb-M(-X)(M, XはW, Moなどの遷移金属)合金試料について,加工と熱処理による再結晶挙動の評価およびin-situ SP試験によるDBTC変化の解析,水素環境SPC試験を行った。ここで各試料の573~823Kにおける水素圧力-組成-等温(PCT)曲線を求め,固溶水素濃度を把握した上で各試験を行った。
2.Nb中にWやMoを添加することで回復温度が上昇し,高温強度の維持・向上が期待できることを示した。またWが回復温度の引上げ効果に優れており,僅か5mol%のW添加でも純Nbと比べて473Kも回復温度が上昇することを見出した。SPC試験においては,圧延時の圧下率増大に伴って結晶粒径が変化し,耐クリープ特性に影響を与えることも確認した。
3.純V,純Ta,各種VおよびTa合金について523~773Kの温度でPCT曲線を求めてDBTCの温度,合金組成および組織依存性を検討した。さらに中温域で純VのDBTCを調べ,この遷移濃度が温度に依存しないことを明らかにした。
4.VのDBTC付近の固溶水素濃度でin-situ XRD測定を行ったところ,希薄な濃度域では固溶水素量の増加に伴って直線的に格子膨張するが,その後は格子膨張量変化が緩やかになっており,固溶水素が格子内の侵入サイト以外の組織不連続域や転位などの欠陥にトラップされることで破壊に対する抵抗が引き下げられた可能性があることを見出した。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (8件) 図書 (2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Alloying effects on hydrogen permeability of V without catalytic Pd overlayer2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakamura, H. Yukawa, A. Suzuki, T. Nambu, Y. Matsumoto, Y. Murata
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2014.12.242

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of hydrogen mobility in Nb-based alloy membranes in view of new description of hydrogen permeability based on hydrogen chemical potential2015

    • 著者名/発表者名
      A. Suzuki, H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto, Y. Murata
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2014.12.265

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Consistent description of hydrogen permeability through metal membrane based on hydrogen chemical potential2014

    • 著者名/発表者名
      A. Suzuki, H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto and Y. Murata
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 39 ページ: 7919-7924

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2014.03.123

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] バナジウム合金膜を用いた水素分離装置の運転条件設定方法2014

    • 著者名/発表者名
      松本佳久
    • 学会等名
      高専-技科大新技術説明会(エネルギー)
    • 発表場所
      科学技術振興機構東京本部別館(東京都千代田区)
    • 年月日
      2014-12-09
  • [学会発表] Pd-Ag系水素透過合金膜の膜劣化防止に及ぼすWコーティングの効果2014

    • 著者名/発表者名
      南部智憲,平岡孝由貴,湯川宏,松本佳久
    • 学会等名
      日本金属学会2014年秋期(第155回)大会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2014-09-25
  • [学会発表] Boundary Determination for Ductile-to-Brittle Transition of Group 5 Metals in Hydrogen Environment2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshihisa Matsumoto, Hiroshi Yukawa and Tomonori Nambu
    • 学会等名
      3rd International Conference SSTT 2014, Determination of Mechanical Properties of Materials by Small Punch and Other Miniature Testing Techniques
    • 発表場所
      Seggauberg (Austria)
    • 年月日
      2014-09-23 – 2014-09-25
  • [学会発表] Alloying effects on hydrogen permeability of V without Pd overlayer2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Nakamura, Hiroshi Yukawa, Asuka Suzuki, Tomonori Nambu, Yoshihisa Matsumoto and Yoshinori Murata
    • 学会等名
      14th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems (MH 2014)
    • 発表場所
      Manchester (UK)
    • 年月日
      2014-07-20 – 2014-07-25
  • [学会発表] Analysis of hydrogen mobility in Nb-based alloy membrane in view of new description of hydrogen permeability based on hydrogen chemical potential2014

    • 著者名/発表者名
      Asuka Suzuki, Hiroshi Yukawa, Tomonori Nambu, Yoshihisa Matsumoto and Yoshinori Murata
    • 学会等名
      14th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems (MH 2014)
    • 発表場所
      Manchester (UK)
    • 年月日
      2014-07-20 – 2014-07-25
  • [学会発表] High hydrogen flux through bare vanadium membrane without Pd overlayer2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Yukawa, Tomonori Nambu and Yoshihisa Matsumoto
    • 学会等名
      14th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems (MH 2014)
    • 発表場所
      Manchester (UK)
    • 年月日
      2014-07-20 – 2014-07-25
  • [学会発表] High hydrogen permeability through bare V membranes without Pd overlayer2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Yukawa, Tomonori Nambu and Yoshihisa Matsumoto
    • 学会等名
      11th Asia-Pacific Conference on Materials Processing (APCMP 2014)
    • 発表場所
      Auckland (New Zealand)
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [学会発表] 中温域におけるV水素透過膜の延性-脆性遷移水素濃度解析2014

    • 著者名/発表者名
      松本佳久,佐保慶太朗,御堂俊哉,湯川宏,南部智憲
    • 学会等名
      日本金属学会・日本鉄鋼協会・軽金属学会九州支部共催平成26年度合同学術講演大会
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2014-06-07
  • [図書] Advances in Hydrogen Production, Storage and Distribution, 1st Edition2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsumoto, H. Yukawa and T. Nambu
    • 総ページ数
      574 (317-340)
    • 出版者
      Woodhead Publishing, UK
  • [図書] Advances in Hydrogen Production, Storage and Distribution, 1st Edition2014

    • 著者名/発表者名
      H. Yukawa, T. Nambu and Y. Matsumoto
    • 総ページ数
      574 (341-367)
    • 出版者
      Woodhead Publishing, UK
  • [備考] 大分高専松本研究室 研究業績 ホームページ

    • URL

      http://www.oita-ct.ac.jp/kikai/matumoto/sub7.html

  • [産業財産権] 水素分離装置および水素分離方法2014

    • 発明者名
      松本佳久,湯川宏,南部智憲,鈴木飛鳥,黒川英人,白木正浩
    • 権利者名
      国立高等専門学校機構,名古屋大学,東京瓦斯(株)
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2014-191939
    • 出願年月日
      2014-09-19

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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