金属水素透過膜の水素脆化in-situ測定とニオブ系合金膜の脆化機構解明

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17560624
• Research Institution: Oita National College of Technology
• Principal Investigator: 松本 佳久 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (40219522)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 南部 智憲 鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 助手 (10270274)
• Keywords: 水素 / 金属物性 / 燃料電池 / 材料加工・処理 / 水素透過膜 / 水素脆化 / 小型パンチ試験 / ニオブ

Research Abstract

本研究は、非パラジウム(Pd)系金属水素透過膜の水素脆化in-situ測定法を確立し、これをニオブ(Nb)基合金膜脆化機構解析に適用して水素差圧に耐え得る新しい組織・構造を提案することを目的としたものである。そして平成17年度は「金属水素透過膜の水素脆化in-situ測定を行うための小型パンチ(SP)試験治具を備えた実験装置を設計・製作する」ことを主目標として研究を展開した。具体的な研究経過ならびに得られた成果は、以下の通りである。
(1)水素脆化in-situ測定に適した配管システムおよび試験治具の概念設計を行った。
(2)膜強度や延性の評価に適した小型パンチ(SP)試験装置、水素配管系の詳細設計を行い、バルブ・フィッティング等の配管部品を用いて、配管システムとPCデータ収集システムを製作した。
(3)膜前後の水素差圧発生機構および温度調節機構を備えたSP試験治具を製作し、検証・評価・改良を行った。
(4)表面にPdを被覆した純NbおよびNb中にPdをドープした合金を作製し、水素透過能測定ならびに膜強度評価を行った。そしてSievert's法で求めた固溶水素濃度とこれら特性との関連づけを行い、従来の水素雰囲気下における強度特性評価とは全く異なった視点からの、固溶水素濃度に依存したNbの脆化挙動の変化を明らかにした。
また、これらの研究過程で得られた新規の知見として、(1)水素の放出にともなう約10%程度の格子収縮が、純ニオブ水素透過膜の変形および破壊を引き起こす原因となっていること、(2)in-situスモールパンチ試験装置を用いて、水素透過膜の水素脆性を定量的に評価することができること、などが得られた。
次年度ではさらに、固溶水素濃度と膜強度との関係、水素透過中および透過直後の膜延性変化、水素や水素化物の熱力学的性質が機械的特性に及ぼす影響などについての研究への展開を目指している。