JP2012082446A - 複合金属材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 チタン粉末にカーボン繊維を加えた粉末を粉砕混合して混合粉末10を調製する工程と、前記混合粉末10に圧縮荷重を加えながら剪断荷重を負荷することにより、前記混合粉末10を固化して成形体とする圧縮剪断法による加工を施す工程とにより、Tiを基材とする導電性に優れた複合金属材料を提供することができる。
【選択図】 図3
Description
本発明は、チタンを燃料電池のセパレータとして使用する場合のように、チタンを基材とし、導電性に優れる複合金属材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記混合粉末を調製する工程において、前記チタン粉末として、水素化脱水素法によって作製したチタン粉末を使用することにより、チタンを基材とする複合金属材料を圧縮剪断法を利用して確実に成形して得ることができる。
前記混合粉末を調製する工程において、前記カーボン繊維として、カーボンナノファイバーを使用することにより、接触抵抗が小さく、導電性に優れた複合金属材料を得ることができる。
また、前記混合粉末を調製する工程において、前記チタン粉末に対し、前記カーボン繊維を1vol.%〜5vol.%添加して混合粉末とすることにより、成形体の接触抵抗を十分に小さくした複合金属材料を得ることができる。
混合粉末の基材となるTi粉末として、純度99%、粒径45μm以下のTi粉末材料(トーホーテック株式会社製)を使用した。Ti粉末を作製する方法にはガスアトマイズ法と水素化脱水素法がある。ガスアトマイズ法によって作製したTi粉末は真球度が高く、表面が滑らかで硬く、比較的純度が高いという性質がある。水素化脱水素法は、スポンジチタンや純チタン切粉を水素雰囲気中で加熱することにより水素化処理して、脆弱なチタン水素化物とし、これを機械的に粉砕して粉末にした後、真空加熱により脱水素処理を施して粉末とする方法である。
図1に、本実施形態において使用したTi粉末の走査型電子顕微鏡写真(SEM)を示す。Ti粉末が不定形で、尖鋭な角部を有する粒体として形成されていることがわかる。
実験は、カーボン繊維の添加量を、0(添加なし)、1、2、3、4、5(vol.%)とした6種類のサンプルを用意して行った。
図2に、Ti粉末に添加したカーボン繊維VGCF(登録商標)の走査型電子顕微鏡写真を示す。
図3は、上記の混合粉末を用いて複合金属材料を形成する圧縮剪断装置を示す。図3(a)は、圧縮剪断装置にサンプルの混合粉末10をセットした状態、図3(b)は混合粉末10に圧縮力と剪断力を作用させて複合金属材料を成形している状態を示す。図3(a)は圧縮剪断装置を正面方向から見た断面図、図3(b)は圧縮剪断装置を側面方向から見た断面図である。
複合金属材料を成形するため、まず、受圧板14の上面の中央部に混合粉末10をセットする。具体的には、受圧板14の表面をエタノールで洗浄した後、受圧板14の上に40×10×0.55mmの矩形枠状のセット用の型をのせ、型内にサンプルの混合粉末10を充填することによって混合粉末をセットする。
次いで、型を取り除き、混合粉末10の上に加圧板16をのせ、さらに、第1のガイド板18a、押圧体20、第2のガイド板18bの順に積み重ね、筐体12のねじ孔に加圧ねじ22をねじ込んで組み立てる。第1のガイド板18aと第2のガイド板18bは、筐体12の内周面に摺接し、混合粉末10に対する加圧力が筐体12の軸線方向に向くようにガイドする作用をなす。
図4に、上述した圧縮剪断装置を用いて混合粉末10を成形して得られた成形体の外観写真を示す。図4(a)〜(f)は、それぞれ、カーボン繊維(VGCF:登録商標)の添加量が、0、1、2、3、4、5(vol.%)の成形体である。
いずれの成形体も、Ti粉末とカーボン繊維との混合粉末に圧縮応力と剪断荷重が負荷されることによって粉末同士が結合し、表面に金属光沢を有する薄板状体(厚さ0.25mm)として得られた。
なお、実験では、成形体の厚さを0.25mmよりも薄くすることを試みたが、0.25mmよりも薄くしようとすると、粉末の形状が残ったり、クラックが生じて損傷したりして成形が困難であった。
圧縮剪断加工によって得られた成形体の機械的性質を調べるため、ビッカース硬さ試験を行った。
図5に、カーボン繊維の添加量(6種のサンプル)に対するビッカース硬さHVの関係を示す。
測定にはダイナミック超微小硬度計(DUH-201、株式会社島津製作所)を使用し、負荷荷重1000mN、負荷速度7.0608mN/sec、荷重保持時間30secとして測定した。
図5に示すように、前述した6種の成形体のビッカース硬さは、カーボン繊維の添加量による影響は小さく、ビッカース硬さHVは390程度でほぼ一定であった。Ti圧延材のビッカース硬さHV206.2と比較すると、約1.9倍の硬さとなっている。
成形体の電気抵抗特性を調べるため、体積抵抗率の測定を行った。測定装置には低抵抗計(MCP-T610、株式会社三菱化学アナリテック)を使用し、四端子四探針法によって測定した。
図6に、カーボン繊維の添加量が異なる6種の成形体についての体積抵抗率を示す。図6に示すように、カーボン繊維の添加量が増加するとともに体積低効率が大きくなる。とくに、カーボン繊維(VGCF:登録商標)の添加量が0vol.%の場合と添加量が4vol.%の場合とを比較すると、体積抵抗率が約44%増加している。
このように、カーボン繊維の添加量を増加させると体積抵抗率が大きくなるのは、添加したカーボン繊維(VGCF:登録商標)の単繊維の比抵抗が10.0×10-5 Ω・cmであり、Tiの体積抵抗率4.8×10-5 Ω・cm(図6の破線)と比較して高いためであると考えられる。
成形体を燃料電池のセパレータとして利用する場合を考慮し、燃料電池の電極の基材(ガス拡散層)として用いられるカーボンペーパー(TGP-H-120、東レ株式会社)と成形体との接触抵抗を測定した。
成形体をカーボンペーパーで挟み、さらに銅電極で挟み込んだ状態で、万能試験機(EZ-L、株式会社島津製作所)を用いて、圧縮応力1MPaを負荷した状態で接触抵抗を測定した。測定装置には低抵抗計(Model 3569、鶴賀電機株式会社)を用いた。
また、Ti粉末とカーボン繊維からなる混合粉末を圧縮剪断法により成形体として加工する方法は、成形体中に均一にカーボン繊維を存在させ、成形体の表面からカーボン繊維の端部を針状に突出させるように成形することから、接触抵抗を小さくさせる点で有効であると考えられる。
前述したように、Ti系材料は導電性を除いて燃料電池用のセパレータとして好適に使用できる特性を備えている。本実施形態の複合金属材料はTiを基材とすることにより、燃料電池のセパレータにTi系材料を使用する優位性を維持しながら、優れた導電性を有することから燃料電池のセパレータとして好適に使用することが可能となる。
なお、本発明に係る複合金属材料は、接触抵抗を含めて優れた導電性を有するという特徴を有することから、燃料電池のセパレータに利用する場合に限らず、一般的な電極材としても広く利用することが可能である。
12 筐体
14 受圧板
16 加圧板
20 押圧体
22 加圧ねじ
24 ひずみゲージ
30 基材
32 不動態皮膜
40 カーボン繊維
Claims (5)
- チタン粉末にカーボン繊維を加えた粉末を粉砕混合して混合粉末を調製する工程と、
前記混合粉末に圧縮荷重を加えながら剪断荷重を負荷することにより、前記混合粉末を固化して成形体とする圧縮剪断法による加工を施す工程と、
を備えることを特徴とする複合金属材料の製造方法。 - 前記混合粉末を調製する工程において、
前記チタン粉末として、水素化脱水素法によって作製したチタン粉末を使用することを特徴とする請求項1記載の複合金属材料の製造方法。 - 前記混合粉末を調製する工程において、
前記カーボン繊維として、カーボンナノファイバーを使用することを特徴とする請求項1または2記載の複合金属材料の製造方法。 - 前記混合粉末を調製する工程において、
前記チタン粉末に対し、前記カーボン繊維を1vol.%〜5vol.%添加して混合粉末とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の複合金属材料の製造方法。 - チタン粉末とカーボン繊維とからなる混合粉末が圧縮剪断加工により固化成形されてなる成形体であって、
前記チタン粉末に対し、前記カーボン繊維が1vol.%〜5vol.%添加されていることを特徴とする複合金属材料。
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JP2007070697A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | E & F Corp | チタン合金複合材料およびその製造方法 |
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