JP3749952B1 - Crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane and crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane - Google Patents
Crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane and crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane Download PDFInfo
- Publication number
- JP3749952B1 JP3749952B1 JP2005085924A JP2005085924A JP3749952B1 JP 3749952 B1 JP3749952 B1 JP 3749952B1 JP 2005085924 A JP2005085924 A JP 2005085924A JP 2005085924 A JP2005085924 A JP 2005085924A JP 3749952 B1 JP3749952 B1 JP 3749952B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- alloy
- phase
- eutectic
- zrnb
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】 水素透過性と耐水素脆化性とを有し、473K以上で使用可能な結晶質の複相水素透過合金を提供することを目的とする。
【解決手段】 複合相からなり、前記複合相が、Nbを固溶したCoTi相とCoを固溶したTiNb相との共晶(CoTi+TiNb)構造、初相として生成する前記TiNb相が前記共晶に囲まれている構造、或いは初相として生成する前記CoTi相が前記共晶に囲まれている構造を有し、CoxTiyNb(100−x−y)(ただし、20<x<50原子%、10<y<60原子%である)なる組成を有する複相Co−Ti−Nb系結晶質複相水素透過合金である。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystalline multiphase hydrogen permeable alloy having hydrogen permeability and resistance to hydrogen embrittlement and usable at 473K or more.
The composite phase comprises a eutectic (CoTi + TiNb) structure of a CoTi phase in which Nb is dissolved and a TiNb phase in which Co is dissolved, and the TiNb phase generated as an initial phase is the composite phase. A structure surrounded by a eutectic or a structure where the CoTi phase generated as an initial phase is surrounded by the eutectic, and Co x Ti y Nb (100−xy) (where 20 <x It is a multiphase Co—Ti—Nb-based crystalline double phase hydrogen permeable alloy having a composition of <50 atomic%, 10 <y <60 atomic%.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、結晶質複相水素透過合金および結晶質複相水素透過合金膜に関するものである。 The present invention relates to a crystalline double phase hydrogen permeable alloy and a crystalline double phase hydrogen permeable alloy film.
高純度水素は、半導体や光ファイバ、薬品などの製造に使用されており、その使用量は、年々増加している。また、最近では、燃料電池での燃料としても水素が注目され、将来本格的に燃料電池が使用されることになれば、高純度の水素が大量に必要とされる。したがって、高純度の水素を低コストで大量に生産可能な方法の開発が望まれている。 High-purity hydrogen is used in the manufacture of semiconductors, optical fibers, chemicals, etc., and the amount of use is increasing year by year. Recently, hydrogen has attracted attention as a fuel for fuel cells, and if fuel cells are to be used in earnest in the future, a large amount of high-purity hydrogen is required. Therefore, development of a method capable of producing high-purity hydrogen in large quantities at low cost is desired.
水素の大量生産の方法としては、(1)非化石資源を利用する水の電気分解による方法と、(2)化石資源を利用する炭化水素の改質による方法がある。(1)の電気分解法では、電力源として太陽光発電で得た電気を用いて行う水の電気分解が研究されているが、現在の技術レベルでは実用化は困難である。したがって、当面は(2)の炭化水素の水蒸気改質で水素を製造することが現実的である。 As a method for mass production of hydrogen, there are (1) a method by electrolysis of water using non-fossil resources and (2) a method by reforming hydrocarbons using fossil resources. In the electrolysis method (1), water electrolysis using electricity obtained by photovoltaic power generation as a power source has been studied, but practical application is difficult at the current technical level. Therefore, for the time being, it is realistic to produce hydrogen by (2) steam reforming of hydrocarbons.
前述したように、水素の大量生産のためには炭化水素の改質が適している。例えば、CH4にH2Oを加えた反応系において、次式(1)〜(3)の反応式に従って大量の水素が発生する。 As described above, hydrocarbon reforming is suitable for mass production of hydrogen. For example, in a reaction system in which H 2 O is added to CH 4 , a large amount of hydrogen is generated according to the following reaction formulas (1) to (3).
(化1) (Chemical formula 1)
CH4+H2O⇔CO+3H2 [ガス化反応(吸熱反応)](1) CH 4 + H 2 O⇔CO + 3H 2 [gasification reaction (endothermic reaction)] (1)
(化2) (Chemical formula 2)
CO+H2O⇔CO2+H2 [シフト反応(発熱反応)](2) CO + H 2 O⇔CO 2 + H 2 [shift reaction (exothermic reaction)] (2)
(1)+(2)=(3) (1) + (2) = (3)
(化3) (Chemical formula 3)
CH4+2H2O⇔CO2+4H2 [吸熱反応](3) CH 4 + 2H 2 O⇔CO 2 + 4H 2 [endothermic reaction] (3)
反応は、化1と化2に従って起こり、最終的には化3の反応が生じることになる。反応系内には、大量の水素の他にCO、CO2、H2O、CH4等の不純物ガスが含まれる。水素を燃料電池への供給原料として利用するには、水素をこれら不純物から分離・精製しなければならない。また、精製水素中のCO含量を10ppm以下にしないと、燃料電池のPt電極の損傷が発生する。すなわち、水素の燃料電池への利用のためには、精製して、高純度化することが条件となる。 The reaction takes place according to Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2, and finally, the reaction of Chemical Formula 3 occurs. The reaction system contains impurities such as CO, CO 2 , H 2 O, and CH 4 in addition to a large amount of hydrogen. In order to use hydrogen as a fuel cell feedstock, it must be separated and purified from these impurities. Further, unless the CO content in the purified hydrogen is 10 ppm or less, the Pt electrode of the fuel cell is damaged. In other words, in order to use hydrogen in a fuel cell, it is necessary to purify and purify it.
水素の精製法には、吸収法、深冷分離法、吸着法、膜分離法がある。これらの中で、膜分離法が実用化されている。膜分離法は、膜を透過するガスの速度の違いを利用するものであり、膜としては高分子膜や金属膜が利用されている。 Hydrogen purification methods include an absorption method, a cryogenic separation method, an adsorption method, and a membrane separation method. Among these, the membrane separation method has been put into practical use. The membrane separation method uses the difference in the speed of gas passing through the membrane, and a polymer membrane or a metal membrane is used as the membrane.
高分子膜による膜分離法では、細孔を通過する気体分子の拡散速度の違いから水素の分離・精製がなされる。この膜分離法では、高純度の水素は得られないが、システムの大型化が可能であるという特徴がある。 In the membrane separation method using a polymer membrane, hydrogen is separated and purified from the difference in diffusion rate of gas molecules passing through pores. In this membrane separation method, high-purity hydrogen cannot be obtained, but the system can be enlarged.
一方、金属膜では高分子膜にある細孔は存在せず、水素の透過機構は次の通りである。金属膜を挟んで水素の圧力差がある時、高圧力側では水素分子(H2)が金属表面で原子(H)に解離して金属に固溶し、侵入・拡散する。この水素原子は、金属膜を透過して低圧力側表面でH2に再結合して飛び出し、その結果水素の精製が行われる。金属膜による水素の精製は、分離係数と透過係数との影響が極めて大きいことが特徴である。金属膜を用いる水素の精製では、例えば、99%程度の水素を99.99999%程度に純化することが可能である。したがって、燃料電池用高純度水素の精製には、金属膜による膜分離法が適しているといえる。 On the other hand, in the metal film, there are no pores in the polymer film, and the hydrogen permeation mechanism is as follows. When there is a hydrogen pressure difference across the metal film, on the high pressure side, hydrogen molecules (H 2 ) dissociate into atoms (H) on the metal surface and dissolve in the metal, and enter and diffuse. The hydrogen atoms permeate the metal film, recombine with H 2 on the low pressure side surface, and jump out. As a result, the hydrogen is purified. The purification of hydrogen using a metal membrane is characterized by extremely large influences of the separation coefficient and permeation coefficient. In the purification of hydrogen using a metal film, for example, about 99% of hydrogen can be purified to about 99.99999%. Therefore, it can be said that a membrane separation method using a metal membrane is suitable for purification of high purity hydrogen for fuel cells.
水素透過膜に用いる水素透過性金属膜として、Pdを主体とする合金、例えばPd−Ag合金、Pd−Ti合金等が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a hydrogen permeable metal film used for the hydrogen permeable film, an alloy mainly composed of Pd, such as a Pd—Ag alloy, a Pd—Ti alloy, or the like is known (for example, see Patent Document 1).
ところで、現在、水素の透過用金属膜としては、Pd−Ag合金膜が実用化されている。しかし、燃料電池の使用が本格化して大量の水素が必要となれば、それに応じて水素の透過用金属膜としてのPd−Ag合金の需要が増すことになる。そうなれば、高価で資源的にも少ないPdが制約となって、Pd−Ag合金膜では対応不可能と推測され、それに替わる金属膜の材料開発が急務となっている。 By the way, at present, a Pd—Ag alloy film has been put into practical use as a hydrogen permeable metal film. However, if the use of fuel cells becomes full-scale and a large amount of hydrogen is required, the demand for Pd—Ag alloys as hydrogen permeable metal films will increase accordingly. In such a case, Pd, which is expensive and less resource-intensive, is considered to be a limitation, and it is assumed that the Pd—Ag alloy film cannot cope with it, and material development of a metal film to replace it is urgently required.
水素透過合金は、水素吸蔵合金と同様に「水素を吸蔵する」という特性を有することが不可欠である。しかし、それぞれの材料に要求される材料特性は表1に示すように全く異なり、水素吸蔵合金の開発指針に基づいて実現することはできない。
水素吸蔵合金は、水素を繰り返し容易に吸蔵放出できる合金である。水素吸蔵量が増大しても水素圧力が一定となる、つまり圧力プラトーが生じる原理を利用している。圧力プラトーはギブスの相律によって説明されるように、金属に水素が固溶した状態(以下水素固溶体とする)と水素化物が共存すると生じる。水素化物が生成しなければ、圧力プラトーが生成しないため水素吸蔵合金として効率的に使用することはできない。 A hydrogen storage alloy is an alloy that can easily store and release hydrogen repeatedly. The principle is that the hydrogen pressure remains constant even when the hydrogen storage amount increases, that is, a pressure plateau occurs. As explained by Gibbs' phase law, the pressure plateau occurs when hydrogen is in solid solution (hereinafter referred to as hydrogen solid solution) and hydride coexists. If a hydride is not generated, a pressure plateau is not generated, and therefore it cannot be used efficiently as a hydrogen storage alloy.
水素化物は例外なく脆いが、それは水素吸蔵合金には障害とはならず、むしろ利点である。例えば、水素吸蔵前の合金が脆くても何ら問題ない。何故ならば、水素吸蔵により合金は容易に自己粉砕し、水素と反応する比表面積の増大により水素吸蔵・放出速度が大になり、水素吸蔵合金として好都合だからである。 Although hydrides are brittle without exception, it is not an obstacle to hydrogen storage alloys, but rather an advantage. For example, there is no problem even if the alloy before hydrogen storage is brittle. This is because the alloy is easily self-pulverized by hydrogen storage, and the hydrogen storage / release rate is increased by increasing the specific surface area that reacts with hydrogen, which is advantageous as a hydrogen storage alloy.
また、水素吸蔵合金は粉末状で用い、板状または膜状で使用されることはない。使用温度が上昇、または水素圧力が低下すると水素化物生成が困難になり、水素吸蔵合金としての特性が低下するので、室温〜150℃での温度かつ0.5MPa以上の水素下での使用が求められている。 The hydrogen storage alloy is used in a powder form and is not used in a plate form or a film form. When the operating temperature rises or the hydrogen pressure decreases, hydride formation becomes difficult and the properties as a hydrogen storage alloy deteriorate. Therefore, it is required to use at temperatures from room temperature to 150 ° C and under hydrogen of 0.5 MPa or more. It has been.
一方、水素透過合金は、水素分子(H2)が金属表面で水素原子(H)に解離して金属中に進入して、吸蔵されるところまでは水素吸蔵合金と同じである。 On the other hand, the hydrogen permeable alloy is the same as the hydrogen occluding alloy until the hydrogen molecules (H 2 ) dissociate into hydrogen atoms (H) on the metal surface and enter the metal to be occluded.
しかし、水素透過合金では不純物を含んだ水素を高圧側とし、金属膜を透過して精製された水素を低圧側として、合金の両側に圧力差、つまり水素の濃度勾配を生じさせ、それを水素透過の駆動力としている。合金の両面に圧力差をつけることが必須であるから、粉末状態での使用は不可能であり、板または膜として使用される。 However, in hydrogen permeable alloys, hydrogen containing impurities is on the high pressure side, and hydrogen purified through the metal film is on the low pressure side, creating a pressure difference, that is, a hydrogen concentration gradient on both sides of the alloy, The driving force for transmission is used. Since it is essential to make a pressure difference on both sides of the alloy, it cannot be used in a powder state and is used as a plate or a film.
材料は水素を吸蔵すると一般に脆くなる性質がある。水素固溶体ではあまり脆くはならないが、水素化物が生成すると決定的に脆くなり、自己粉砕が生じる。そのため、水素透過合金では水素化物の生成を絶対に避けなければならない。また、温度が低下、または水素圧力が上昇すると水素化物の生成が容易になるため、水素透過合金は200℃(473K)以上での温度かつ0.5MPa以下の水素下で使用される。 The material generally has a property of becoming brittle when hydrogen is occluded. The hydrogen solid solution does not become so brittle, but when hydride is formed, it becomes brittle and self-pulverization occurs. Therefore, the formation of hydride must be avoided in hydrogen permeable alloys. In addition, when the temperature is lowered or the hydrogen pressure is increased, hydride formation is facilitated. Therefore, the hydrogen permeable alloy is used at a temperature of 200 ° C. (473 K) or more and under 0.5 MPa of hydrogen.
以上のように、両材料の合金設計の考え方は180度異なり、水素吸蔵合金を水素透過合金として使用することは不可能であり、またその逆も同様である。水素透過合金では水素吸蔵前に延性を示し、しかも水素吸蔵前に水素化物が生成しないようにしなければならない。 As described above, the concept of alloy design of both materials is 180 degrees different, and it is impossible to use a hydrogen storage alloy as a hydrogen permeable alloy, and vice versa. A hydrogen permeable alloy must exhibit ductility before hydrogen storage and must not generate hydride before hydrogen storage.
一般に、水素透過材料は水素固溶体を形成する領域で使用され、そのような場合には、単位時間、単位面積当たりに合金膜を透過する水素量J(molH2m−2s−1)と水素透過係数Φ(molH2m−1s−1Pa−0.5)との間には次式で示す関係がある。 In general, the hydrogen permeable material is used in a region where a hydrogen solid solution is formed. In such a case, hydrogen amount J (molH 2 m −2 s −1 ) and hydrogen permeating the alloy film per unit time and unit area are used. There is a relationship represented by the following equation with the transmission coefficient Φ (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ).
(数1) (Equation 1)
J=Φ(Pu 0.5−Pd 0.5)/L J = Φ (P u 0.5 −P d 0.5 ) / L
上式中、Pu及びPd(Pa)は、それぞれ上流側及び下流側の水素圧力であり、Lは水素透過合金膜の厚さ(m)である。 In the above formula, P u and P d (Pa) are the hydrogen pressures on the upstream side and the downstream side, respectively, and L is the thickness (m) of the hydrogen permeable alloy film.
水素透過量Jを増大させるには、水素透過係数Φの大きい合金を用いることの他に、薄い膜をより高い圧力差をつけて使用すればよい。そのため、合金膜の機械的性質が優れていることが不可欠である。何故ならば、如何に水素透過係数が大きい材料であろうと、水素脆化により破壊するなら水素透過合金膜として実現することはできないからである。純Pdより100倍以上水素透過係数が高い純Nbが水素透過合金膜として使用されない理由は、Nbの耐水素脆性が低いからである。現在、水素透過合金の最大の開発課題は、如何に水素脆化を抑制するかである。 In order to increase the hydrogen permeation amount J, in addition to using an alloy having a large hydrogen permeation coefficient Φ, a thin membrane may be used with a higher pressure difference. Therefore, it is essential that the mechanical properties of the alloy film are excellent. This is because a material having a high hydrogen permeability coefficient cannot be realized as a hydrogen-permeable alloy film if it is destroyed by hydrogen embrittlement. The reason why pure Nb having a hydrogen permeability coefficient 100 times higher than that of pure Pd is not used as a hydrogen permeable alloy film is that Nb has low hydrogen embrittlement resistance. Currently, the biggest development issue for hydrogen permeable alloys is how to suppress hydrogen embrittlement.
水素透過合金膜は、例えば、V,Nb,TaとTi、Zr、Ni、Coとの合金が適していることが知られている(例えば特許文献2参照)。この文献での合金設計指針は、水素透過性能の優れたV,Nb、Taに水素吸蔵能のあるTi,Zr,Hfと触媒作用のあるNi,Coから水素透過合金を作製しようとするものである。しかし、この文献には、水素透過性のみならず水素脆化については全く記述がない。また、このような指針に基いて合金を作製しても、水素脆化により合金は破壊するため、水素透過合金としては使用できない。 As the hydrogen permeable alloy film, for example, it is known that an alloy of V, Nb, Ta and Ti, Zr, Ni, Co is suitable (see, for example, Patent Document 2). The alloy design guideline in this document is to make a hydrogen permeable alloy from Ti, Zr, Hf having hydrogen storage ability in V, Nb, Ta excellent in hydrogen permeability and Ni, Co having catalytic action. is there. However, this document does not describe hydrogen embrittlement as well as hydrogen permeability. Further, even if an alloy is produced based on such guidelines, the alloy is broken by hydrogen embrittlement and cannot be used as a hydrogen permeable alloy.
また、同様の文献(特許文献3参照)にもNb系水素透過合金について記載されているが、その水素透過特性はPdのそれより低下している。これらの合金は、単一相を想定しているが、単一相に水素透過性と耐水素脆性という矛盾する特性を担わせることは困難である。これらの合金で水素脆化を抑制しようとすると、水素固溶量を低下せざるを得ず、水素透過性低下の原因となる。 A similar document (see Patent Document 3) also describes an Nb-based hydrogen permeable alloy, but its hydrogen permeability is lower than that of Pd. These alloys assume a single phase, but it is difficult for the single phase to have contradictory properties of hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance. If it is going to suppress hydrogen embrittlement with these alloys, the amount of hydrogen solid solution must be reduced, which causes a decrease in hydrogen permeability.
さらに、水素脆化を抑制するために、合金の構造をアモルファス化することが知られている(例えば特許文献4参照)。しかし、アモルファス合金中における水素の拡散係数は一般的に結晶材料中のそれより低いため、高い水素透過性は得られない。また、アモルファス材料は温度を上昇させると結晶化するため、使用温度に制約が生じる。特に、水素透過用に作製されたアモルファス合金は、水素との結合力が高い元素を含むため、水素中では結晶化がより低温で起こる。 Furthermore, in order to suppress hydrogen embrittlement, it is known to make an alloy structure amorphous (see, for example, Patent Document 4). However, since the diffusion coefficient of hydrogen in an amorphous alloy is generally lower than that in a crystalline material, high hydrogen permeability cannot be obtained. Further, since the amorphous material is crystallized when the temperature is increased, the use temperature is restricted. In particular, since an amorphous alloy produced for hydrogen permeation contains an element having a high binding force with hydrogen, crystallization occurs in hydrogen at a lower temperature.
このような問題を解決するために、合金の複相化が効果的であることが提案されている(例えば非特許文献1参照)。材料の諸特性は合金の組織に強く影響を受けるが、組織は合金組成に強く依存する。したがって、材料の特性について議論する場合は、合金組成、組織と特性の関係を明示しなければ意味がない。ところが、この文献では合金組成については特定されていない。また、合金組成、組織、特性の関係について何ら言及されておらず、実施不可能である。
このようなことから、合金組成、組織、水素透過性の関係について明らかにし、水素透過性と耐水素脆化性とを異なる相に担わせ、473K以上で使用可能な結晶質の複相水素透過合金の実現が要望されている。 Therefore, the relationship between the alloy composition, structure, and hydrogen permeability is clarified, and the hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance are assigned to different phases. There is a demand for realization of alloys.
そこで、本発明は、水素透過性と耐水素脆化性とを有し、473K以上で使用可能な結晶質の複相水素透過合金および結晶質複相水素透過合金膜を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a crystalline multi-phase hydrogen permeable alloy and a crystalline multi-phase hydrogen permeable alloy film that have hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance and can be used at 473 K or higher. To do.
上記課題は、本発明者らが、合金における水素透過性と耐水素脆化性との役割を、水素透過性を担う相と耐水素脆化性を担う相との複合、すなわち、複相合金により解決できることを見いだしたことにより解決できた。 The above problem is that the present inventors have a role of hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance in the alloy, a composite of a phase responsible for hydrogen permeability and a phase responsible for hydrogen embrittlement resistance, that is, a multiphase alloy. It was solved by finding that it can be solved.
本発明の複相Co−Ti−Nb系結晶質複相水素透過合金、複相Ni−Zr−Nb系結晶質複相水素透過合金および複相Co−Zr−Nb系結晶質複相水素透過合金は、水素透過性を担う相と耐水素脆化性を担う相との複合相からなることを特徴とする。 Double phase Co-Ti-Nb crystalline double phase hydrogen permeable alloy, double phase Ni-Zr-Nb crystalline double phase hydrogen permeable alloy and double phase Co-Zr-Nb crystalline double phase hydrogen permeable alloy of the present invention Is characterized by comprising a composite phase of a phase responsible for hydrogen permeability and a phase responsible for hydrogen embrittlement resistance.
複相Co−Ti−Nb合金においては、Coを固溶したTiNb相(以下TiNb相と記す)とNbを固溶したCoTi相(以下CoTi相と記す)との共晶(CoTi+TiNb)構造、初相として生成する前記TiNb相が前記共晶に囲まれている構造、或いは初相として生成する前記CoTi相が前記共晶に囲まれている構造を有する。これにより、水素透過性と耐水素脆性を両立した水素透過合金の作製が可能になり、効率よく水素を透過することができる。 In a multiphase Co—Ti—Nb alloy, a eutectic (CoTi + TiNb) structure of a TiNb phase in which Co is dissolved (hereinafter referred to as TiNb phase) and a CoTi phase in which Nb is dissolved (hereinafter referred to as CoTi phase). The TiNb phase generated as the initial phase is surrounded by the eutectic, or the CoTi phase generated as the initial phase is surrounded by the eutectic. This makes it possible to produce a hydrogen permeable alloy that has both hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance, and can efficiently permeate hydrogen.
前記Co−Ti−Nb系合金がCoxTiyNb(100−x−y)(ただし、20<x<50原子%、10<y<60原子%である)からなることを特徴とする。xが20原子%以下であると水素脆化が著しく、水素透過合金として適さない。また、xが50原子%以上であると水素透過係数が極めて小さくなるあるいは鋳造状態で脆性を示すため、水素透過合金として適さない。一方、yが上記範囲を外れると鋳造状態で脆性を示すため水素透過合金として使用することはできない。好ましくは、Co−Ti−Nb3元状態図上で、Co50Ti50,Co50Ti10Nb40、Co20Ti10Nb70,Co20Ti60Nb20およびCo40Ti60(ただし、合金組成はすべて原子%)で囲まれた領域内の合金である。 The Co—Ti—Nb-based alloy is made of Co x Ti y Nb (100-xy) (where 20 <x <50 atomic%, 10 <y <60 atomic%). When x is 20 atomic% or less, hydrogen embrittlement is remarkable and it is not suitable as a hydrogen permeable alloy. Further, if x is 50 atomic% or more, the hydrogen permeation coefficient is extremely small or brittleness is exhibited in the cast state, so that it is not suitable as a hydrogen permeation alloy. On the other hand, if y is out of the above range, it is brittle in the cast state and cannot be used as a hydrogen permeable alloy. Preferably, in the Co-Ti-Nb ternary phase diagram, Co 50 Ti 50 , Co 50 Ti 10 Nb 40 , Co 20 Ti 10 Nb 70 , Co 20 Ti 60 Nb 20 and Co 40 Ti 60 (where the alloy composition is All alloys in the region surrounded by atomic%).
また、Ni−Zr−Nb合金においては、Niを固溶したZrNb相(以下ZrNb相と記す)とNbを固溶したNiZr相(以下NiZr相と記す)との共晶(NiZr+ZrNb)構造、初相として生成する前記ZrNb相が前記共晶に囲まれている構造、或いは初相として生成する前記NiZr相が前記共晶に囲まれている構造を有する。これにより、水素透過性と耐水素脆性を両立した水素透過合金の作製が可能になり、効率よく水素を透過することができる。 Further, in a Ni—Zr—Nb alloy, a eutectic (NiZr + ZrNb) structure of a ZrNb phase in which Ni is dissolved (hereinafter referred to as a ZrNb phase) and a NiZr phase in which Nb is dissolved (hereinafter referred to as a NiZr phase). The ZrNb phase generated as the initial phase is surrounded by the eutectic, or the NiZr phase generated as the initial phase is surrounded by the eutectic. This makes it possible to produce a hydrogen permeable alloy that has both hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance, and can efficiently permeate hydrogen.
前記Ni−Zr−Nb系合金がNixZryNb(100−x−y)(ただし、20<x<55原子%、20<y<55原子%である)からなることを特徴とする。xおよびyが上記範囲を外れると、鋳造状態で脆性を示す、あるいは水素脆化が顕著になるため水素透過合金として使用することはできない。好ましくは、Ni−Zr−Nb3元状態図上で、Ni45Zr55、Ni55Zr45、Ni30Zr20Nb50およびNi20Zr30Nb50(ただし、合金組成はすべて原子%)に囲まれた領域内の合金である。 The Ni—Zr—Nb-based alloy is made of Ni x Zr y Nb (100-xy) (where 20 <x <55 atomic% and 20 <y <55 atomic%). If x and y are out of the above ranges, they cannot be used as hydrogen permeable alloys because they show brittleness in the cast state or hydrogen embrittlement becomes significant. Preferably, on the Ni-Zr-Nb ternary phase diagram, it is surrounded by Ni 45 Zr 55 , Ni 55 Zr 45 , Ni 30 Zr 20 Nb 50 and Ni 20 Zr 30 Nb 50 (all alloy compositions are atomic%). Alloy in the region.
さらに、Co−Zr−Nb合金においては、前記複合相が、Coを固溶したZrNb相(以下ZrNb相と記す)とNbを固溶したCoZr相(以下CoZr相と記す)との共晶(CoZr+ZrNb)構造、初相として生成する前記ZrNb相が前記共晶に囲まれている構造、或いは初相として生成する前記CoZr相が前記共晶に囲まれている構造を有する。これにより、水素透過性と耐水素脆性を両立した水素透過合金の作製が可能になり、効率よく水素を透過することができる。 Furthermore, in the Co—Zr—Nb alloy, the composite phase is a eutectic of a ZrNb phase in which Co is dissolved (hereinafter referred to as ZrNb phase) and a CoZr phase in which Nb is dissolved (hereinafter referred to as CoZr phase). CoZr + ZrNb) structure, a structure in which the ZrNb phase generated as an initial phase is surrounded by the eutectic, or a structure in which the CoZr phase generated as an initial phase is surrounded by the eutectic. This makes it possible to produce a hydrogen permeable alloy that has both hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance, and can efficiently permeate hydrogen.
前記Co−Zr−Nb系合金がCoxZryNb(100−x−y)(ただし、20<x<55原子%、15<y<50原子%である)からなることを特徴とする。xおよびyが上記範囲を外れると、鋳造状態で脆性を示す、あるいは水素脆化が顕著になるため水素透過合金として使用することはできない。好ましくは、Co−Zr−Nb3元状態図上で、Co40Zr50Nb10、Co55Zr35Nb10、Co35Zr15Nb50およびCo20Zr30Nb50(ただし、合金組成はすべて原子%)に囲まれた領域内の合金である。 The Co—Zr—Nb-based alloy is made of Co x Zr y Nb (100-xy) (where 20 <x <55 atomic% and 15 <y <50 atomic%). If x and y are out of the above ranges, they cannot be used as hydrogen permeable alloys because they show brittleness in the cast state or hydrogen embrittlement becomes significant. Preferably, on the Co-Zr-Nb ternary phase diagram, Co 40 Zr 50 Nb 10 , Co 55 Zr 35 Nb 10 , Co 35 Zr 15 Nb 50 and Co 20 Zr 30 Nb 50 (wherein the alloy composition is all atomic%) ) In the region surrounded by
本発明の前記合金から作製された金属膜(合金膜)は、その厚さが0.01〜3mmであることを特徴とする。厚さが3mmを超えると、水素透過束(量)が小さくなり、水素透過効率が悪くなる。また、厚さが0.01mm未満であると、機械的強度が弱くなり、実用的でなくなる。 The metal film (alloy film) produced from the alloy of the present invention has a thickness of 0.01 to 3 mm. When the thickness exceeds 3 mm, the hydrogen permeation flux (amount) becomes small, and the hydrogen permeation efficiency is deteriorated. On the other hand, if the thickness is less than 0.01 mm, the mechanical strength becomes weak and impractical.
前記金属膜の表面の被処理原料を流す側と精製水素を取り出す側との両側にさらにPd膜又はPd合金膜が形成され、このPd膜又はPd合金膜の厚さが50〜400nmであることを特徴とする。このように合金材を挟んで、被処理原料ガス側(上流、高圧側)と精製水素側(下流、低圧水素側)との両側に所定の厚さのPd膜又はPd合金膜を形成すれば、当該合金膜の酸化、窒化等を防止でき、また水素の解離と再結合が容易に行われ得る。この範囲を外れると、薄い場合にはPd膜またはPd合金膜の剥離が生じ、厚い場合には不経済になる。 A Pd film or a Pd alloy film is further formed on both sides of the surface of the metal film on which the raw material to be treated is supplied and on the side from which purified hydrogen is extracted, and the thickness of the Pd film or Pd alloy film is 50 to 400 nm. It is characterized by. If a Pd film or a Pd alloy film having a predetermined thickness is formed on both sides of the raw material gas side (upstream, high-pressure side) and the purified hydrogen side (downstream, low-pressure hydrogen side) with the alloy material sandwiched in this way, Thus, oxidation, nitridation, and the like of the alloy film can be prevented, and hydrogen can be easily dissociated and recombined. Outside this range, the Pd film or Pd alloy film peels off when it is thin, and becomes uneconomical when it is thick.
本究明によれば、水素透過性を担う相と耐水素脆化性を担う相との複相合金、例えば特定の組成を有するCo−Ti−Nb系複相合金、Ni−Zr−Nb系複相合金およびCo−Zr−Nb系複相合金を用いることにより、473K以上で優れた水素透過性と耐水素脆化性とを両立して達成することができるという効果を奏する。 According to the present study, a multiphase alloy of a phase responsible for hydrogen permeability and a phase responsible for hydrogen embrittlement resistance, for example, a Co—Ti—Nb based multiphase alloy having a specific composition, a Ni—Zr—Nb based composite. By using the phase alloy and the Co—Zr—Nb-based multiphase alloy, it is possible to achieve both excellent hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance at 473 K or higher.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. Here, in the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same members, and duplicate descriptions are omitted. In addition, since description here is the best form by which this invention is implemented, this invention is not limited to the said form.
本発明者らは、多数の金属の3元系状態図について種々検討した結果、Co−Ti−Nb系、Ni−Zr−Nb系およびCo−Zr−Nb系合金が複相合金となることから水素透過用金属膜として有用である可能性を見いだし、水素透過実験により確かめた。 As a result of various investigations on ternary phase diagrams of a large number of metals, the present inventors have found that Co—Ti—Nb, Ni—Zr—Nb, and Co—Zr—Nb alloys are multiphase alloys. The possibility of being useful as a metal membrane for hydrogen permeation was found and confirmed by hydrogen permeation experiments.
本発明の実施の形態によれば、水素透過金属膜としてCo−Ti−Nb系合金からなる膜を用いるものであり、この金属膜は、水素透過性を担う相と耐水素脆化性を担う相との複合相を有する複相合金からなる。 According to the embodiment of the present invention, a film made of a Co—Ti—Nb-based alloy is used as the hydrogen permeable metal film, and this metal film is responsible for the hydrogen permeable phase and the hydrogen embrittlement resistance. It consists of a double phase alloy which has a composite phase with a phase.
すなわち、Co−Ti−Nb系合金材の組成をCo−Ti−Nb3元状態図上で、Co50Ti50,Co50Ti10Nb40、Co20Ti10Nb70,Co20Ti60Nb20およびCo40Ti60(ただし、合金組成はすべて原子%)で囲まれた領域内の合金組成とすることにより、CoTi相とTiNb相との共晶(CoTi+TiNb)からなる複相合金材、この共晶と初相TiNbとからなる複相合金材或いはこの共晶と初晶CoTiとからなる複相合金材を提供することができ、この複相合金材の例えば鋳造合金材から金属膜を提供できる。 That is, the composition of the Co—Ti—Nb alloy material is represented by Co 50 Ti 50 , Co 50 Ti 10 Nb 40 , Co 20 Ti 10 Nb 70 , Co 20 Ti 60 Nb 20 on the Co—Ti—Nb ternary phase diagram. A multiphase alloy material composed of a eutectic (CoTi + TiNb) of a CoTi phase and a TiNb phase by adopting an alloy composition in a region surrounded by Co 40 Ti 60 (all alloy compositions are atomic%), A multiphase alloy material composed of eutectic and primary phase TiNb or a multiphase alloy material composed of this eutectic and primary crystal CoTi can be provided, and a metal film is provided from, for example, a cast alloy material of this multiphase alloy material it can.
この複相合金材は、水素透過性と耐水素脆性との両特性に優れており、水素透過のための金属膜を構成するのに適している。この複相合金の水素透過係数は組成により異なるが、現在水素精製用金属膜として実用化しているPd合金膜と同等以上の水素透過性を示す。 This multiphase alloy material is excellent in both properties of hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance, and is suitable for forming a metal film for hydrogen permeation. Although the hydrogen permeability coefficient of this multiphase alloy varies depending on the composition, it exhibits a hydrogen permeability equal to or higher than that of a Pd alloy film currently in practical use as a metal film for hydrogen purification.
本発明はまた、水素透過金属膜としてNi−Zr−Nb系合金からなる膜を用いるものであり、この金属膜は、水素透過性を担う相と耐水素脆化性を担う相との複合相を有する複相合金からなる。 The present invention also uses a film made of a Ni—Zr—Nb alloy as the hydrogen permeable metal film, and this metal film is a composite phase of a phase responsible for hydrogen permeability and a phase responsible for hydrogen embrittlement resistance. It consists of a dual phase alloy having
すなわち、Ni−Zr−Nb系合金材の組成をNi−Zr−Nb3元状態図上で、Ni45Zr55,Ni55Zr45,Ni30Zr20Nb50およびNi20Zr30Nb50(ただし、合金組成はすべて原子%)で囲まれた領域内の合金組成とすることにより、NiZr相とZrNb相との共晶(NiZr+ZrNb)からなる複相合金材、この共晶と初相ZrNbとからなる複相合金材或いはこの共晶と初晶NiZrとからなる複相合金材を提供することができ、この複相合金材の例えば鋳造合金材から金属膜を提供できる。 That is, the composition of the Ni-Zr-Nb-based alloy material is expressed as Ni 45 Zr 55 , Ni 55 Zr 45 , Ni 30 Zr 20 Nb 50 and Ni 20 Zr 30 Nb 50 on the Ni-Zr-Nb ternary phase diagram. All the alloy compositions are in the region surrounded by the atomic%), so that a multi-phase alloy material composed of a eutectic of NiZr phase and ZrNb phase (NiZr + ZrNb), the eutectic and the initial phase ZrNb, Or a multiphase alloy material composed of this eutectic and primary crystal NiZr, and a metal film can be provided from, for example, a cast alloy material of the multiphase alloy material.
この複相合金材は、水素透過性と耐水素脆性との両特性に優れており、水素透過のための金属膜を構成するのに適している。この複相合金の水素透過係数は組成により異なるが、現在水素精製用金属膜として実用化しているPd合金膜以上の水素透過性を示す。 This multiphase alloy material is excellent in both properties of hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance, and is suitable for forming a metal film for hydrogen permeation. Although the hydrogen permeability coefficient of this multiphase alloy varies depending on the composition, it exhibits hydrogen permeability higher than that of a Pd alloy film currently in practical use as a metal film for hydrogen purification.
さらに本発明は、水素透過金属膜としてCo−Zr−Nb系合金からなる膜を用いるものであり、この金属膜は、水素透過性を担う相と耐水素脆化性を担う相との複合相を有する複相合金からなる。 Furthermore, the present invention uses a film made of a Co—Zr—Nb alloy as the hydrogen permeable metal film, and this metal film is a composite phase of a phase responsible for hydrogen permeability and a phase responsible for hydrogen embrittlement resistance. It consists of a dual phase alloy having
すなわち、Co−Zr−Nb系合金材の組成をCo−Zr−Nb3元状態図上で、Co40Zr50Nb10、Co55Zr35Nb10、Co35Zr15Nb50およびCo20Zr30Nb50(ただし、合金組成はすべて原子%)で囲まれた領域内の合金組成とすることにより、CoZr相とZrNb相との共晶(CoZr+ZrNb)からなる複相合金材、この共晶と初相ZrNbとからなる複相合金材或いはこの共晶と初晶CoZrとからなる複相合金材を提供することができ、この複相合金材の例えば鋳造合金材から金属膜を提供できる。 That is, on the Co-Zr-Nb ternary phase diagram, the composition of the Co-Zr-Nb alloy material is Co 40 Zr 50 Nb 10 , Co 55 Zr 35 Nb 10 , Co 35 Zr 15 Nb 50 and Co 20 Zr 30 Nb. 50 (however, the alloy composition is all in atomic%), a multiphase alloy material composed of a eutectic (CoZr + ZrNb) of a CoZr phase and a ZrNb phase, A multiphase alloy material composed of primary phase ZrNb or a multiphase alloy material composed of this eutectic and primary crystal CoZr can be provided, and a metal film can be provided from, for example, a cast alloy material of this multiphase alloy material.
この複相合金材は、水素透過性と耐水素脆性との両特性に優れており、水素透過のための金属膜を構成するのに適している。この複相合金の水素透過係数は組成により異なるが、現在水素精製用金属膜として実用化しているPd合金膜と同等の水素透過性を示す。 This multiphase alloy material is excellent in both properties of hydrogen permeability and hydrogen embrittlement resistance, and is suitable for forming a metal film for hydrogen permeation. Although the hydrogen permeability coefficient of this multiphase alloy varies depending on the composition, it exhibits hydrogen permeability equivalent to that of a Pd alloy film currently in practical use as a metal film for hydrogen purification.
本発明の複相合金からなる金属膜は、Pd合金膜に比ベ1/4〜1/8の費用で作製可能のため低コストであり、また、将来懸念されるPdの資源枯渇の際の代替品として適用できる材料といえる。 The metal film made of the multi-phase alloy of the present invention is low in cost because it can be produced at a cost of 1/4 to 1/8 of that of the Pd alloy film. It can be said that it is a material that can be applied as an alternative.
本発明の合金材の作製方法は特に限定されないが、原料金属を所定の組成になるように配合後、Ar等の不活性ガス雰囲気中のアーク溶解、Ar等の不活性ガス雰囲気中若しくは真空中の高周波誘導加熱溶解、Ar等の不活性ガス雰囲気中若しくは真空中の電気炉中溶解、真空中の電子ビーム溶解、又はレーザ加熱溶解等の溶解法等により作製される。 The method for producing the alloy material of the present invention is not particularly limited, but after blending the raw metal so as to have a predetermined composition, arc melting in an inert gas atmosphere such as Ar, or in an inert gas atmosphere such as Ar or in vacuum These are prepared by melting methods such as high-frequency induction heating melting, melting in an inert gas atmosphere such as Ar or in an electric furnace in vacuum, electron beam melting in vacuum, or laser heating melting.
または、上記溶解法により作製した合金を粉砕後に、Ar等の不活性ガス雰囲気中でメカニカルグラインディングを施した合金粉末、あるいはそれぞれの原料金属粉末を所定の組成になるように配合後に、Ar等の不活性ガス雰囲気中でメカニカルアロイングを施した粉末等を固化成型する粉末冶金法等により作製される。 Or, after pulverizing an alloy prepared by the above melting method, alloy powder subjected to mechanical grinding in an inert gas atmosphere such as Ar, or after blending each raw metal powder to have a predetermined composition, Ar or the like It is produced by a powder metallurgy method for solidifying and molding a powder subjected to mechanical alloying in an inert gas atmosphere.
多数の組成についての実験結果から、Co−Ti−Nb系合金については図1に示す点A,B、C,D及びEで囲まれた破線内のものが有用である。Ni−Zr−Nb系合金については図2に示す点A,B、C及びDで囲まれた破線内のものが有用である。Co−Zr−Nb系合金については図3に示す点A,B、C及びDで囲まれた破線内のものが有用である。図1〜3の■印は鋳造状態で脆化することを示し、◆印は水素透過測定時に脆化するものを示し、また、破線領域外の△印は延性は優れているが水素透過係数が小さいものを示し、これらは全て水素透過用合金膜には適していない。 From the experimental results for a number of compositions, the Co—Ti—Nb-based alloys within the broken lines surrounded by points A, B, C, D and E shown in FIG. 1 are useful. As for the Ni—Zr—Nb alloy, those within a broken line surrounded by points A, B, C and D shown in FIG. 2 are useful. As for the Co—Zr—Nb alloy, those within the broken line surrounded by points A, B, C and D shown in FIG. 3 are useful. 1 to 3 indicate embrittlement in the cast state, ♦ indicates embrittlement during hydrogen permeation measurement, and Δ mark outside the broken line area indicates excellent ductility but hydrogen permeability coefficient Are small, and these are all not suitable for hydrogen permeable alloy films.
水素透過用金属膜の厚さが薄いほど水素透過束(量)が大きくなり、水素透過効率が良くなる。しかし、金属膜の厚さが薄くなれば横械的強度が弱くなる。そのためこれら合金系の場合、合金膜の厚さは0.01〜3mmであることが好ましい。 The thinner the metal membrane for hydrogen permeation, the greater the hydrogen permeation flux (amount) and the better the hydrogen permeation efficiency. However, as the thickness of the metal film is reduced, the mechanical strength is reduced. Therefore, in the case of these alloy systems, the thickness of the alloy film is preferably 0.01 to 3 mm.
これら合金材を水素透過用金属膜として利用するためには、その合金材を挟んで、原料ガス側(上流、高圧水素側)と精製水素側(下流、低圧水素側)との両側にそれぞれ、水素の解離と再結合のために、さらにPd膜又はPd合金膜を形成することが必要である。その厚さは、一般に50〜400nm、好ましくは100〜200nmである。 In order to use these alloy materials as metal membranes for hydrogen permeation, both sides of the raw material gas side (upstream, high-pressure hydrogen side) and purified hydrogen side (downstream, low-pressure hydrogen side) are sandwiched between the alloy materials. In order to dissociate and recombine hydrogen, it is necessary to further form a Pd film or a Pd alloy film. The thickness is generally 50 to 400 nm, preferably 100 to 200 nm.
水素の解離と再結合のために、これら合金膜の両側にPd又はPd合金膜を形成する方法は特に制限されず、例えば、真空蒸着、スパックリング、イオンプレーティング、電解めっき、無電解めっき等のいずれで行ってもよい。 The method of forming Pd or Pd alloy film on both sides of these alloy films for hydrogen dissociation and recombination is not particularly limited. For example, vacuum deposition, spuck ring, ion plating, electrolytic plating, electroless plating, etc. Any of these may be used.
以下、本究明の実施例及び比較例を説明する。 Hereinafter, examples and comparative examples of the present study will be described.
(実施例1) (Example 1)
CoxTiyNb(100−x−y)合金材の組成がx=35原子%、y=35原子%になるように、Co(純度99・9%)、Ti(純度99.5%)、Nb(99.9%)の所定量を配合した。この配合物をアーク溶解炉に装填し、真空引きを行った。真空引きは、油回転ポンプと油拡散ポンプを用い、1.3×10−3Pa以下まで行った。真空引き完了後、36mmHgのアルゴンガスを導入しアーク溶解を行った。均一な合金を作製するため、溶解後の鋳塊を反転し再溶解を行った。鋳塊の反転−再溶解は6回行った。このようにして得られた鋳塊から、放電加工により直径12mm、厚さ0.6mmの円盤を切り出し、測定試料とした。 Co (purity 99.9%), Ti (purity 99.5%) so that the composition of the Co x Ti y Nb (100-xy) alloy material is x = 35 atomic% and y = 35 atomic%. A predetermined amount of Nb (99.9%) was blended. This blend was loaded into an arc melting furnace and evacuated. The evacuation was performed to 1.3 × 10 −3 Pa or less using an oil rotary pump and an oil diffusion pump. After completion of evacuation, arc melting was performed by introducing 36 mmHg argon gas. In order to produce a uniform alloy, the ingot after melting was inverted and remelted. The inversion-remelting of the ingot was performed 6 times. A disk having a diameter of 12 mm and a thickness of 0.6 mm was cut out from the ingot thus obtained by electric discharge machining to obtain a measurement sample.
試料の両側を紙ヤスリ、バフ、次いで、直径0.5μmのαアルミナで研磨した後、試料の微小構造観察には走査型電子顕微鏡(SEM)、結晶構造解析にはX線回折装置(XRD)を用いた。化学組成はエネルギー分散型X線分析装置(EDS)により決定した。相の体積占有率は、パブリック・ドメインNIHイメージプログラムを使って、マッキントッシュ・コンピュータにより算出した。 After polishing both sides of the sample with a paper file, buff, and then α-alumina with a diameter of 0.5 μm, a scanning electron microscope (SEM) is used to observe the microstructure of the sample, and an X-ray diffractometer (XRD) is used to analyze the crystal structure. Was used. The chemical composition was determined by an energy dispersive X-ray analyzer (EDS). The volume occupancy of the phase was calculated with a Macintosh computer using the public domain NIH image program.
上記αアルミナで研磨した試料をアセトンで洗浄後、高周波マグネトロンスパッタ装置内にセットした。油回転ポンプ、クライオポンプを用いて、4×10−3Paまで真空引きを行った。その後、試料表面に付着した酸化皮膜等を除去するため、RF電源を用いて10分間の逆スパッタを行った。次いで、試料をスパッタ装置内で350℃に加熱し、DC電源を用いて5分間Pdのスパッタを行った。この条件で被覆されるPd膜の厚さは190nmである。 The sample polished with α-alumina was washed with acetone and then set in a high-frequency magnetron sputtering apparatus. Vacuum drawing was performed to 4 × 10 −3 Pa using an oil rotary pump and a cryopump. Thereafter, reverse sputtering was performed for 10 minutes using an RF power source in order to remove the oxide film and the like adhering to the sample surface. Next, the sample was heated to 350 ° C. in the sputtering apparatus, and Pd sputtering was performed using a DC power source for 5 minutes. The thickness of the Pd film coated under these conditions is 190 nm.
水素透過測定は次のような流量法により実施した。先ず、Pd被覆した円盤試料をCuガスケットでシールした。次いで、円盤の両側を油拡散ポンプにより排気して3×10−3Pa以下の圧力にし、その後円盤を加熱して673Kにし、そのまま30分保持した。それから水素ガス(純度99.99999%)を下流側及び上流側に、それぞれ0.1及び0.2MPa導入し、その後水素透過測定を行った。上流側の水素圧力を0.2MPaから0.97MPaまで増大させ、また、温度は段階的に673Kから523Kまで50K間隔で下げた。一定温度に30分保持してから水素透過試験を開始した。水素透過束J(molH2m−2s−1)はマスフローメータを用いて測定した。 Hydrogen permeation measurement was carried out by the following flow rate method. First, the Pd-coated disc sample was sealed with a Cu gasket. Next, both sides of the disk were evacuated with an oil diffusion pump to a pressure of 3 × 10 −3 Pa or less, and then the disk was heated to 673 K and held for 30 minutes. Then, hydrogen gas (purity: 99.99999%) was introduced into the downstream side and the upstream side, respectively, at 0.1 and 0.2 MPa, and then hydrogen permeation measurement was performed. The upstream hydrogen pressure was increased from 0.2 MPa to 0.97 MPa, and the temperature was decreased stepwise from 673 K to 523 K at 50 K intervals. After maintaining at a constant temperature for 30 minutes, the hydrogen permeation test was started. The hydrogen permeation flux J (molH 2 m −2 s −1 ) was measured using a mass flow meter.
数式1に示されるように、J×L対(Pu0.5−Pd0.5)プロットの傾きから水素透過係数Φが求められる。
As shown in
上記したようにして得られたCo35Ti35Nb30合金材について、J×L対(Pu0.5−Pd0.5)プロットの傾きから計算した水素透過係数Φの温度依存性をアレニウスプロットの形で図4に示す。図4には比較のために、純Pdの結果も示してある。両試料とも温度の下降に従って水素透過係数が減少した。減少の仕方は、Co35Ti35Nb30合金材の方が純Pdよりも大きかった。しかし、673KでのCo35Ti35Nb30合金材の水素透過係数は、2.64×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、純Pdのそれの1.6倍程度であった。 The temperature dependence of the hydrogen permeability coefficient Φ calculated from the slope of the J × L vs. (Pu 0.5 -Pd 0.5 ) plot for the Co 35 Ti 35 Nb 30 alloy material obtained as described above is the Arrhenius plot. This is shown in FIG. FIG. 4 also shows the result of pure Pd for comparison. In both samples, the hydrogen permeability coefficient decreased with decreasing temperature. As for the reduction method, the Co 35 Ti 35 Nb 30 alloy material was larger than pure Pd. However, the hydrogen permeation coefficient of the Co 35 Ti 35 Nb 30 alloy material at 673 K is 2.64 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), which is 1 of that of pure Pd. About 6 times.
鋳造状態のCo35Ti35Nb30合金材のX線回折パターン解析から、この合金材は、B2型−CoTiとbcc−TiNbからなっていた。 From the X-ray diffraction pattern analysis of the cast Co 35 Ti 35 Nb 30 alloy material, this alloy material was composed of B2 type-CoTi and bcc-TiNb.
鋳造状態のCo35Ti35Nb30合金材のSEM写真を図5に示す。この合金は、共晶(CoTi+TiNb)から構成されているのが分かる。 FIG. 5 shows a SEM photograph of the Co 35 Ti 35 Nb 30 alloy material in the cast state. It can be seen that this alloy is composed of eutectic (CoTi + TiNb).
以上のように、共晶から構成される複相合金は、優れた水素透過係数、すなわち水素透過特性を示すことが分かり、水素透過用金属膜として使用できた。 As described above, it was found that the multiphase alloy composed of the eutectic exhibited an excellent hydrogen permeation coefficient, that is, hydrogen permeation characteristics, and could be used as a metal film for hydrogen permeation.
(実施例2) (Example 2)
Co−Ti−Nb系合金作製は、実施例1と同様にした。ただし、その組成は、x=30原子%、y=30原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo30Ti30Nb40合金材のSEM写真を図6に示す。この合金材は、主に初晶TiNbと共晶(CoTi+TiNb)から構成されていることが分かる。白色相である初晶TiNbは、共晶に囲まれており、その体積比は21体積%であった。EDS分析の結果より、初晶TiNb相の組成はCo4Ti14Nb82であった。この合金材の673Kでの水素透過係数は1.89×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The production of the Co—Ti—Nb alloy was carried out in the same manner as in Example 1. However, the composition was such that x = 30 atomic% and y = 30 atomic%. FIG. 6 shows an SEM photograph of the obtained Co 30 Ti 30 Nb 40 alloy material in a cast state. It can be seen that this alloy material is mainly composed of primary TiNb and eutectic (CoTi + TiNb). The primary phase TiNb, which is a white phase, is surrounded by a eutectic, and the volume ratio is 21% by volume. From the result of EDS analysis, the composition of the primary TiNb phase was Co 4 Ti 14 Nb 82 . This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 1.89 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例3) (Example 3)
Co−Ti−Nb系合金作製は、実施例1と同様にした。ただし、その組成は、x=40原子%、y=40原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo40Ti40Nb20合金材は、初晶CoTiと共晶(CoTi+TiNb)から構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は1.20×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The production of the Co—Ti—Nb alloy was carried out in the same manner as in Example 1. However, the composition was such that x = 40 atomic% and y = 40 atomic%. The obtained Co 40 Ti 40 Nb 20 alloy material in a cast state was composed of primary crystal CoTi and eutectic (CoTi + TiNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 1.20 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
上記実施例1〜3から、Co−Ti−Nb系合金材における水素透過機構及び耐水素脆化機構は次のように推測される。Co30Ti30Nb40合金材での水素透過経路は共晶によって実現されていると考えられる。言い換えれば、共晶(CoTi+TiNb)が本複相合金の水素透過に主に寄与していると言える。そのため、共晶のみから構成されたCo35Ti35Nb30合金で最も高い水素透過係数が得られたと考えられる。また、水素を透過しないCoTi相も共晶が存在すると水素透過が可能となる。初晶TiNbと同一組成であるCo4Ti14Nb82合金は水素化されると脆化し、そして崩壊してしまうが、Co30Ti30Nb40合金材においては水素化された後でも初期の形状が保たれる。これは、共晶組織がTiNbの体積膨脹を抑え、その結果TiNbの水素脆化を阻止したためと考えられる。すなわち、共晶組織はCo30Ti30Nb40合金材における水素脆化の抑制の主な役割も果たしている。 From Examples 1 to 3, the hydrogen permeation mechanism and the hydrogen embrittlement resistance mechanism in the Co—Ti—Nb alloy material are estimated as follows. It is considered that the hydrogen permeation path in the Co 30 Ti 30 Nb 40 alloy material is realized by eutectic. In other words, it can be said that the eutectic (CoTi + TiNb) mainly contributes to hydrogen permeation of the present multiphase alloy. Therefore, it is considered that the highest hydrogen permeation coefficient was obtained with the Co 35 Ti 35 Nb 30 alloy composed only of eutectic. Moreover, even if a CoTi phase that does not transmit hydrogen exists in the eutectic, hydrogen can be transmitted. The Co 4 Ti 14 Nb 82 alloy having the same composition as the primary TiNb becomes brittle and collapses when hydrogenated, but the Co 30 Ti 30 Nb 40 alloy material has an initial shape even after being hydrogenated. Is preserved. This is presumably because the eutectic structure suppressed the volume expansion of TiNb and consequently prevented hydrogen embrittlement of TiNb. That is, the eutectic structure also plays a main role in suppressing hydrogen embrittlement in the Co 30 Ti 30 Nb 40 alloy material.
以上のことから、共晶は3元Co−Ti−Nb合金材において水素透過の役割を示すと共に、TiNb相の水素脆化を減じ、機械的特性を保持すると結論づけられる。 From the above, it can be concluded that the eutectic shows a role of hydrogen permeation in the ternary Co—Ti—Nb alloy material, reduces hydrogen embrittlement of the TiNb phase, and retains mechanical properties.
(実施例4) (Example 4)
Co−Ti−Nb系合金作製は、実施例1と同様にした。ただし、その組成は、x=30原子%、y=40原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo30Ti40Nb30合金材は、初晶TiNbと共晶(CoTi+TiNb)から構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は2.54×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The production of the Co—Ti—Nb alloy was carried out in the same manner as in Example 1. However, the composition was such that x = 30 atomic% and y = 40 atomic%. The obtained cast Co 30 Ti 40 Nb 30 alloy material was composed of primary TiNb and eutectic (CoTi + TiNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 2.54 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例5) (Example 5)
Co−Ti−Nb系合金作製は、実施例1と同様にした。ただし、その組成は、x=30原子%、y=35原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo30Ti35Nb35合金材は、初晶TiNbと共晶(CoTi+TiNb)から構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は2.22×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The production of the Co—Ti—Nb alloy was carried out in the same manner as in Example 1. However, the composition was such that x = 30 atomic% and y = 35 atomic%. The obtained cast Co 30 Ti 35 Nb 35 alloy material was composed of primary TiNb and eutectic (CoTi + TiNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 2.22 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例6) (Example 6)
Co−Ti−Nb系合金作製は、実施例1と同様にした。ただし、その組成は、x=30原子%、y=20原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo30Ti20Nb50合金材は、初晶TiNbと共晶(CoTi+TiNb)から構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は1.54×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The production of the Co—Ti—Nb alloy was carried out in the same manner as in Example 1. However, the composition was such that x = 30 atomic% and y = 20 atomic%. The obtained cast Co 30 Ti 20 Nb 50 alloy material was composed of primary TiNb and eutectic (CoTi + TiNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 1.54 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例7) (Example 7)
Co−Ti−Nb系合金作製は、実施例1と同様にした。ただし、その組成は、x=40原子%、y=30原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo40Ti30Nb30合金材は、初晶CoTiと共晶(CoTi+TiNb)から構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は1.29×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The production of the Co—Ti—Nb alloy was carried out in the same manner as in Example 1. However, the composition was such that x = 40 atomic% and y = 30 atomic%. The obtained cast Co 40 Ti 30 Nb 30 alloy material was composed of primary crystal CoTi and eutectic (CoTi + TiNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 1.29 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ) and could be used as a metal film for hydrogen permeation.
(実施例8) (Example 8)
Co−Ti−Nb系合金作製は、実施例1と同様にした。ただし、その組成は、x=30原子%、y=50原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo30Ti50Nb20合金材は、初晶CoTiと共晶(CoTi+TiNb)から構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は2.14×10−8(molH2(m−1s−1Pa−0.5))であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The production of the Co—Ti—Nb alloy was carried out in the same manner as in Example 1. However, the composition was such that x = 30 atomic% and y = 50 atomic%. The obtained cast Co 30 Ti 50 Nb 20 alloy material was composed of primary crystal CoTi and eutectic (CoTi + TiNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 2.14 × 10 −8 (molH 2 (m −1 s −1 Pa −0.5 )) and could be used as a metal film for hydrogen permeation.
(実施例9) Example 9
Co−Ti−Nb系合金作製は、実施例1と同様にした。ただし、その組成は、x=40原子%、y=50原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo40Ti50Nb10合金材は、初晶CoTiと共晶(CoTi+TiNb)から構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は0.45×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The production of the Co—Ti—Nb alloy was carried out in the same manner as in Example 1. However, the composition was such that x = 40 atomic% and y = 50 atomic%. The obtained cast Co 40 Ti 50 Nb 10 alloy material was composed of primary crystal CoTi and eutectic (CoTi + TiNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 0.45 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
以上の実施例1〜9までの、鋳造状態のCo−Ti−Nb系合金材の組成及びその673Kでの水素透過係数の測定結果をまとめたのが、図1に示す点A、B、C、D及びEで囲まれた破線領域内(すなわち、水素透過Co−Ti−Nb系合金形成領域内)に示した○印及びその下に記した数値である。この破線領域内の組成でCoTi相とTiNb相との共晶状態が現れ、初晶がCoTi相、TiNb相のいずれであっても良好な水素透過特性、耐水素脆性が得られる。 The composition of the cast Co—Ti—Nb alloy material and the measurement results of the hydrogen permeation coefficient at 673 K for the above Examples 1 to 9 are summarized as points A, B, and C shown in FIG. , And a numerical value described below the ◯ mark shown in the broken line region surrounded by D and E (that is, in the hydrogen-permeable Co—Ti—Nb alloy forming region). A eutectic state of the CoTi phase and the TiNb phase appears with the composition in the broken line region, and good hydrogen permeation characteristics and hydrogen embrittlement resistance can be obtained regardless of whether the primary crystal is a CoTi phase or a TiNb phase.
(実施例10) (Example 10)
NixZryNb(100−x−y)合金材は、Ni(純度99・9%)、Zr(純度99.5%)、Nb(99.9%)の所定量を配合後、実施例1と同様に合金試料を作製した。ただし、x=45原子%、y=45原子%になるようにした。得られた鋳造状態のNi45Zr45Nb10合金材のSEM写真を図7に示す。この合金材は、主に初晶NiZrと共晶(NiZr+ZrNb)から構成されていることが分かる。暗灰色相である初晶NiZrは共晶に囲まれており、その体積比は16体積%であった。この合金材の673Kでの水素透過係数は2.35×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Ni x Zr y Nb (100-xy) alloy material was blended with predetermined amounts of Ni (purity 99.9%), Zr (purity 99.5%), and Nb (99.9%). An alloy sample was prepared in the same manner as in Example 1. However, x = 45 atomic% and y = 45 atomic% were set. An SEM photograph of the obtained Ni 45 Zr 45 Nb 10 alloy material in a cast state is shown in FIG. It can be seen that this alloy material is mainly composed of primary crystal NiZr and eutectic (NiZr + ZrNb). The primary crystal NiZr which is a dark gray phase is surrounded by eutectic, and the volume ratio thereof is 16% by volume. This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 2.35 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ) and could be used as a metal film for hydrogen permeation.
(実施例11) (Example 11)
Ni−Zr−Nb系合金作製は、実施例10と同様にした。ただし、x=40原子%、y=40原子%になるようにした。得られた鋳造状態のNi40Zr40Nb20合金材は、初晶ZrNbと共晶(NiZr+ZrNb)から構成されており、その体積比は18体積%であった。この合金材の673Kでの水素透過係数は2.73×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Ni—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 10. However, x = 40 atomic% and y = 40 atomic% were set. The obtained cast Ni 40 Zr 40 Nb 20 alloy material was composed of primary crystal ZrNb and eutectic (NiZr + ZrNb), and the volume ratio thereof was 18% by volume. This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 2.73 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例12) Example 12
Ni−Zr−Nb系合金作製は、実施例10と同様にした。ただし、x=35原子%、y=35原子%になるようにした。得られた鋳造状態のNi35Zr35Nb30合金材は、初晶ZrNbと共晶(NiZr+ZrNb)から構成されており、その体積比は27体積%であった。この合金材の673Kでの水素透過係数は3.59×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Ni—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 10. However, x = 35 atomic% and y = 35 atomic% were set. The obtained cast Ni 35 Zr 35 Nb 30 alloy material was composed of primary crystal ZrNb and eutectic (NiZr + ZrNb), and the volume ratio was 27% by volume. This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 3.59 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ) and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例13) (Example 13)
Ni−Zr−Nb系合金作製は、実施例10と同様にした。ただし、x=30原子%、y=30原子%になるようにした。得られた鋳造状態のNi30Zr30Nb40合金材のSEM写真を図8に示す。この合金材は、初晶ZrNbと共晶(NiZr+ZrNb)から構成されていることが分かり、その体積比は40体積%であった。図9にこの合金の水素透過係数Φの温度依存性をアレニウスプロットの形で示す。図9には比較のために、純Pdの結果も示してある。両試料とも温度の下降に従って水素透過係数が減少した。減少の仕方は、Ni30Zr30Nb40合金材の方が純Pdよりも大きかった。この合金材の673Kでの水素透過係数は4.64×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、純Pdのそれの2.9倍であった。 The Ni—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 10. However, x = 30 atomic% and y = 30 atomic%. An SEM photograph of the obtained Ni 30 Zr 30 Nb 40 alloy material in a cast state is shown in FIG. This alloy material was found to be composed of primary crystal ZrNb and eutectic (NiZr + ZrNb), and the volume ratio was 40% by volume. FIG. 9 shows the temperature dependence of the hydrogen permeability coefficient Φ of this alloy in the form of an Arrhenius plot. FIG. 9 also shows the result of pure Pd for comparison. In both samples, the hydrogen permeability coefficient decreased with decreasing temperature. Regarding the reduction method, the Ni 30 Zr 30 Nb 40 alloy material was larger than the pure Pd. The hydrogen permeation coefficient at 673 K of this alloy material was 4.64 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), which was 2.9 times that of pure Pd.
(実施例14) (Example 14)
Ni−Zr−Nb系合金作製は、実施例10と同様にした。ただし、x=29原子%、y=29原子%になるようにした。得られた鋳造状態のNi29Zr29Nb42合金材は、初晶ZrNbと共晶(NiZr+ZrNb)から構成されており、その体積比は42体積%であった。この合金材の673Kでの水素透過係数は5.01×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Ni—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 10. However, x = 29 atomic% and y = 29 atomic%. The obtained cast Ni 29 Zr 29 Nb 42 alloy material was composed of primary crystal ZrNb and eutectic (NiZr + ZrNb), and the volume ratio was 42% by volume. This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 5.01 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ) and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例15) (Example 15)
Ni−Zr−Nb系合金作製は、実施例10と同様にした。ただし、x=28原子%、y=28原子%になるようにした。得られた鋳造状態のNi28Zr28Nb44合金材は、初晶ZrNbと共晶(NiZr+ZrNb)から構成されており、その体積比は45体積%であった。この合金材の673Kでの水素透過係数は5.21×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Ni—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 10. However, x = 28 atomic% and y = 28 atomic%. The obtained cast Ni 28 Zr 28 Nb 44 alloy material was composed of primary crystal ZrNb and eutectic (NiZr + ZrNb), and the volume ratio was 45% by volume. This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 5.21 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例16) (Example 16)
Ni−Zr−Nb系合金作製は、実施例10と同様にした。ただし、x=27原子%、y=27原子%になるようにした。得られた鋳造状態のNi27Zr27Nb46合金材は、初晶ZrNbと共晶(NiZr+ZrNb)から構成されており、その体積比は46体積%であった。この合金材の673Kでの水素透過係数は6.06×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Ni—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 10. However, x = 27 atomic% and y = 27 atomic%. The obtained cast Ni 27 Zr 27 Nb 46 alloy material was composed of primary crystal ZrNb and eutectic (NiZr + ZrNb), and the volume ratio was 46% by volume. This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 6.06 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ) and could be used as a hydrogen permeable metal film.
上記実施例11〜16から、Ni−Zr−Nb系合金材における水素透過機構は次のように推測される。合金中のNb濃度が増加すると、それに応じて初晶ZrNb相の体積比および水素透過係数も増加する。初晶ZrNb相の体積分率と水素透過係数の関係を見ると、図10に示すように、水素透過係数は初晶ZrNb相の体積率に比例することが分かる。したがって、初晶ZrNb相は合金の水素透過に寄与していると考えられる。 From Examples 11 to 16, the hydrogen permeation mechanism in the Ni—Zr—Nb alloy material is presumed as follows. As the Nb concentration in the alloy increases, the volume ratio and hydrogen permeability coefficient of the primary ZrNb phase increase accordingly. Looking at the relationship between the volume fraction of the primary crystal ZrNb phase and the hydrogen permeability coefficient, it can be seen that the hydrogen permeability coefficient is proportional to the volume fraction of the primary crystal ZrNb phase, as shown in FIG. Therefore, it is considered that the primary crystal ZrNb phase contributes to hydrogen permeation of the alloy.
実施例10のNi45Zr45Nb10合金ではNiZr相が初晶として生成していた。一方、実施例11のNi40Zr40Nb20合金ではZrNb相が初晶として生成していた。つまり、両合金では生成する初晶の種類が異なっている。したがって、これら2種の合金組成の間に、初晶が生成せず、共晶(NiZr+ZrNb)のみから構成される合金組成が存在するはずである。実施例10〜16の結果より、共晶(NiZr+ZrNb)合金も水素透過が可能と考えられる。図10の直線を初晶ZrNb体積分率が0になるように外挿すると、初晶ZrNb相が存在しない状態、つまり共晶(NiZr+ZrNb)でも1.0×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)程度の水素透過能を有すると推定できる。したがって、本合金系では、共晶も水素透過に寄与していると言える。 In the Ni 45 Zr 45 Nb 10 alloy of Example 10, the NiZr phase was generated as the primary crystal. On the other hand, in the Ni 40 Zr 40 Nb 20 alloy of Example 11, the ZrNb phase was generated as the primary crystal. In other words, the types of primary crystals produced are different between the two alloys. Therefore, there should be an alloy composition composed only of eutectic (NiZr + ZrNb) between these two types of alloy compositions, with no primary crystals formed. From the results of Examples 10 to 16, it is considered that the eutectic (NiZr + ZrNb) alloy can also permeate hydrogen. When the straight line in FIG. 10 is extrapolated so that the primary crystal ZrNb volume fraction becomes 0, 1.0 × 10 −8 (molH 2 m −1 ) even in a state where the primary crystal ZrNb phase does not exist, that is, in the eutectic (NiZr + ZrNb). It can be estimated that it has a hydrogen permeability of about s −1 Pa −0.5 ). Therefore, it can be said that eutectic also contributes to hydrogen permeation in this alloy system.
また、NiZr単相であるNi50Zr50合金は鋳造状態で脆性を示すが、実施例10で示したNi45Zr45Nb10合金には共晶(NiZr+ZrNb)が形成され、水素透過が可能となった。また、実施例13で示したNi30Zr30Nb40合金の初晶ZrNbと同一の組成であるNi3Zr8Nb89合金は水素脆化により破壊するが、ZrNb相に共晶が形成されると、水素脆性が抑制され水素透過が可能となる。したがって、共晶(NiZr+ZrNb)は合金の耐水素脆性の抑制にも寄与していると考えられる。共晶が存在していれば、初晶がNiZr相でもZrNb相のいずれでも水素透過が可能になる。 Ni 50 Zr 50 alloy, which is a NiZr single phase, is brittle in the cast state, but eutectic (NiZr + ZrNb) is formed in the Ni 45 Zr 45 Nb 10 alloy shown in Example 10 and hydrogen permeation is possible. became. Further, the Ni 3 Zr 8 Nb 89 alloy having the same composition as the primary crystal ZrNb of the Ni 30 Zr 30 Nb 40 alloy shown in Example 13 is destroyed by hydrogen embrittlement, but a eutectic is formed in the ZrNb phase. Then, hydrogen embrittlement is suppressed and hydrogen permeation becomes possible. Therefore, it is considered that eutectic (NiZr + ZrNb) contributes to suppression of hydrogen embrittlement resistance of the alloy. If a eutectic is present, hydrogen permeation is possible regardless of whether the primary crystal is a NiZr phase or a ZrNb phase.
以上の実施例10〜16までの、鋳造状態のNi−Zr−Nb系合金材の組成及びその673Kでの水素透過係数の測定結果をまとめたのが、図2に示す点A、B、C及びDで囲まれた破線領域内(すなわち、水素透過Ni−Zr−Nb系合金形成領域内)に示した○印及びその下に記した数値である。この破線領域内の組成でNiZr相とZrNb相との共晶状態が現れ、初晶がNiZr相、ZrNb相のいずれであっても良好な水素透過特性、耐水素脆性が得られる。 The composition of the Ni—Zr—Nb alloy material in the cast state up to Examples 10 to 16 and the measurement results of the hydrogen permeability coefficient at 673 K are summarized as points A, B, and C shown in FIG. , And a numerical value described below the ◯ mark shown in the broken line region surrounded by D and D (that is, in the hydrogen-permeable Ni—Zr—Nb alloy forming region). The eutectic state of the NiZr phase and the ZrNb phase appears with the composition in the broken line region, and good hydrogen permeation characteristics and hydrogen embrittlement resistance can be obtained regardless of whether the primary crystal is the NiZr phase or the ZrNb phase.
(実施例17) (Example 17)
CoxZryNb(100−x−y)合金材は、Co(純度99・9%)、Zr(純度99.5%)、Nb(99.9%)の所定量を配合後、実施例1と同様に合金試料を作製した。ただし、x=30原子%、y=30原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo30Zr30Nb40合金材のSEM写真を図11に示す。この合金材は、灰色相である初晶ZrNbが共晶(CoZr+ZrNb)に囲まれていることが分かる。この合金材の673Kでの水素透過係数は1.39×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 Co x Zr y Nb (100-xy) alloy material was blended with predetermined amounts of Co (purity 99.9%), Zr (purity 99.5%), and Nb (99.9%). In the same manner as in Example 1, an alloy sample was prepared. However, x = 30 atomic% and y = 30 atomic%. FIG. 11 shows an SEM photograph of the obtained cast Co 30 Zr 30 Nb 40 alloy material. In this alloy material, it can be seen that the primary phase ZrNb which is a gray phase is surrounded by a eutectic (CoZr + ZrNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 1.39 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例18) (Example 18)
Co−Zr−Nb系合金作製は、実施例17と同様にした。ただし、x=35原子%、y=35原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo35Zr35Nb30合金材は、初晶ZrNbと共晶(CoZr+ZrNb)から構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は1.03×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Co—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 17. However, x = 35 atomic% and y = 35 atomic% were set. The obtained cast Co 35 Zr 35 Nb 30 alloy material was composed of primary crystal ZrNb and eutectic (CoZr + ZrNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 1.03 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例19) (Example 19)
Co−Zr−Nb系合金作製は、実施例17と同様にした。ただし、x=40原子%、y=30原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo40Zr30Nb30合金材は、初晶ZrNbと共晶(CoZr+ZrNb)から構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は0.62×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Co—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 17. However, x = 40 atomic% and y = 30 atomic%. The obtained Co 40 Zr 30 Nb 30 alloy material in a cast state was composed of primary crystal ZrNb and eutectic (CoZr + ZrNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 0.62 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例20) (Example 20)
Co−Zr−Nb系合金作製は、実施例17と同様にした。ただし、x=40原子%、y=35原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo40Zr35Nb25合金材は、共晶(CoZr+ZrNb)のみから構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は0.66×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Co—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 17. However, x = 40 atomic% and y = 35 atomic% were set. The obtained cast Co 40 Zr 35 Nb 25 alloy material was composed only of eutectic (CoZr + ZrNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 0.66 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例21) (Example 21)
Co−Zr−Nb系合金作製は、実施例17と同様にした。ただし、x=40原子%、y=40原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo40Zr40Nb20合金材は、初晶CoZrと共晶(CoZr+ZrNb)から構成されており、その体積比は46体積%であった。673Kでの水素透過係数は1.24×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Co—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 17. However, x = 40 atomic% and y = 40 atomic% were set. The obtained cast Co 40 Zr 40 Nb 20 alloy material was composed of primary crystal CoZr and eutectic (CoZr + ZrNb), and the volume ratio was 46% by volume. The hydrogen permeation coefficient at 673 K was 1.24 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
(実施例22) (Example 22)
Co−Zr−Nb系合金作製は、実施例17と同様にした。ただし、x=45原子%、y=40原子%になるようにした。得られた鋳造状態のCo45Zr40Nb15合金材は、初晶CoZrと共晶(CoZr+ZrNb)から構成されていた。この合金材の673Kでの水素透過係数は0.20×10−8(molH2m−1s−1Pa−0.5)であり、水素透過用金属膜として使用可能であった。 The Co—Zr—Nb alloy was produced in the same manner as in Example 17. However, x = 45 atomic% and y = 40 atomic% were set. The obtained Co 45 Zr 40 Nb 15 alloy material in a cast state was composed of primary crystal CoZr and eutectic (CoZr + ZrNb). This alloy material had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of 0.20 × 10 −8 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), and could be used as a hydrogen permeable metal film.
Co−Zr−Nb系においても、実施例20で示したように、共晶のみから構成されるCo40Zr35Nb25合金が水素を透過することから、共晶は水素透過に寄与していると言える。共晶が含まれていれば、実施例17で示したように、ZrNb相が初晶として生成していても、実施例21で示したようにCoZr相が初晶として生成していても、いずれの場合も水素透過が可能となる。ただし、合金中のNb量を多くし、ZrNb相の体積率が増大すると、水素透過係数が高くなる傾向が見られることから、本合金系においては、ZrNb相が共晶以上に水素透過に寄与していると考えられる。 Also in the Co-Zr-Nb system, as shown in Example 20, the Co 40 Zr 35 Nb 25 alloy composed only of the eutectic transmits hydrogen, so the eutectic contributes to hydrogen permeation. It can be said. If a eutectic is included, even if the ZrNb phase is generated as the primary crystal as shown in Example 17, the CoZr phase is generated as the primary crystal as shown in Example 21, In either case, hydrogen permeation is possible. However, as the amount of Nb in the alloy increases and the volume fraction of the ZrNb phase increases, the hydrogen permeability coefficient tends to increase. Therefore, in this alloy system, the ZrNb phase contributes to hydrogen permeation more than eutectic. it seems to do.
以上の実施例17〜22までの、鋳造状態のCo−Zr−Nb系合金材の組成及びその673Kでの水素透過係数の測定結果をまとめたのが、図3に示す点A、B、C及びDで囲まれた破線領域内(すなわち、水素透過Co−Zr−Nb系合金形成領域内)に示した○印及びその下に記した数値である。この破線領域内の組成でCoZr相とZrNb相との共晶状態が現れ、初晶がNiZr相、ZrNb相のいずれであっても良好な水素透過特性、耐水素脆性が得られる。 The composition of the cast Co—Zr—Nb alloy material and the hydrogen permeation coefficient measurement results at 673 K for the above Examples 17 to 22 are summarized as points A, B, and C shown in FIG. , And the numerical values described below and indicated by a circle in the broken line area surrounded by D (that is, in the hydrogen-permeable Co—Zr—Nb alloy forming area). A eutectic state of the CoZr phase and the ZrNb phase appears with the composition in the broken line region, and good hydrogen permeation characteristics and hydrogen embrittlement resistance can be obtained regardless of whether the primary crystal is a NiZr phase or a ZrNb phase.
(比較例1) (Comparative Example 1)
Co−Ti−Nb合金の作製方法は、実施例1と同様にした。ただし、その組成が、x=30、y=60;x=50、y=50;x=50、y=40;x=50、y=30;x=50、y=20になるようにして、5種の試料を作製した。 The method for producing the Co—Ti—Nb alloy was the same as in Example 1. However, the composition is x = 30, y = 60; x = 50, y = 50; x = 50, y = 40; x = 50, y = 30; x = 50, y = 20 Five types of samples were prepared.
得られた各Co−Ti−Nb系合金材は、その組成が図1における水素透過用複相Co−Ti−Nb合金形成領域外(点A、B、C、D及びEで囲まれた領域外)であったが、水素透過測定の可能な試料であった。この5種の試料は、図1の同領域外に△印で示してある。これら全ての試料の673Kでの水素透過係数は10−10(molH2m−1s−1Pa−0.5)程度で小さく、水素透過用金属膜には適していなかった。 Each of the obtained Co—Ti—Nb alloy materials has a composition outside the hydrogen-permeable multiphase Co—Ti—Nb alloy formation region in FIG. 1 (region surrounded by points A, B, C, D, and E). The sample was capable of measuring hydrogen permeation. These five types of samples are indicated by Δ marks outside the same region in FIG. All of these samples had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of about 10 −10 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), which was not suitable for a metal film for hydrogen permeation.
(比較例2) (Comparative Example 2)
Co−Ti−Nb合金の作製方法は、実施例1と同様にした。ただし、その組成が、x=20、y=60;x=20、y=50;x=20、y=40;x=20、y=30になるようにして、4種の試料を作製した。これら4種の試料は、図1において◆印で示してある。 The method for producing the Co—Ti—Nb alloy was the same as in Example 1. However, four types of samples were prepared such that the composition was x = 20, y = 60; x = 20, y = 50; x = 20, y = 40; x = 20, y = 30. . These four types of samples are indicated by asterisks in FIG.
得られた鋳造状態の4種のCo−Ti−Nb合金材のうち、Co20Ti60Nb30合金は、TiNb相、CoTi相からなっているが、水素吸蔵により脆化が生じた例である。TiNb量は約40体積%であり、共晶(CoTi+TiNb)の量は制限されている。TiNb相は、多量の水素を吸蔵すると脆化するため、耐水素脆化性に乏しくなる。したがって、これらの合金材は、水素透過用金属膜としては使用できなかった。 Of the four cast Co-Ti-Nb alloy materials obtained, the Co 20 Ti 60 Nb 30 alloy is composed of a TiNb phase and a CoTi phase, but is an example of embrittlement caused by hydrogen storage. . The amount of TiNb is about 40% by volume, and the amount of eutectic (CoTi + TiNb) is limited. Since the TiNb phase becomes brittle when a large amount of hydrogen is occluded, it has poor resistance to hydrogen embrittlement. Therefore, these alloy materials could not be used as hydrogen permeable metal films.
以上から、鋳造状態の脆性及び水素吸蔵後の脆性を抑止するためには、初晶TiNbの量を少なくする必要がある。 From the above, it is necessary to reduce the amount of primary TiNb in order to suppress brittleness in the cast state and brittleness after hydrogen storage.
(比較例3) (Comparative Example 3)
Co−Ti−Nb合金の作製方法は、実施例1と同様にした。ただし、その組成が、x=30、y=70;x=40、y=60;x=60、y=40;x=70、y=30;x=60、y=30;x=60、y=20になるようにして、6種の試料を作製した。これら6種の試料は、図1において■印で示してある。 The method for producing the Co—Ti—Nb alloy was the same as in Example 1. However, the composition is x = 30, y = 70; x = 40, y = 60; x = 60, y = 40; x = 70, y = 30; x = 60, y = 30; x = 60, Six samples were prepared so that y = 20. These six types of samples are indicated by ▪ in FIG.
得られた鋳造状態の7種のCo−Ti−Nb合金材のうち、Co60Ti20Nb20合金は初晶Co2Nbおよび共晶(Co2Nb+CoTi)からなっており、鋳造状態で脆性であった例である。実施例2と同じ初晶+共晶であっても脆いCo2Nbが多量に含まれているため、鋳造状態で脆く、水素透過用金属膜としては使用できなかった。他6種のCo−Ti−Nb系合金も、脆いCo2Nb、Co2Ti或いはCo6Nb7金属間化合物を多く含み、鋳造状態で脆性であるため、水素透過測定が不可能のものであり、水素精製用金属膜としては使用できなかった。 Of the seven cast Co—Ti—Nb alloy materials obtained, the Co 60 Ti 20 Nb 20 alloy is composed of primary crystal Co 2 Nb and eutectic (Co 2 Nb + CoTi), and is brittle in the cast state. This is an example. Even if it is the same primary crystal + eutectic as in Example 2, since it contains a large amount of brittle Co 2 Nb, it was brittle in the cast state and could not be used as a metal film for hydrogen permeation. The other six types of Co—Ti—Nb alloys also contain many brittle Co 2 Nb, Co 2 Ti, or Co 6 Nb 7 intermetallic compounds, and are brittle in the cast state, so that hydrogen permeation measurement is impossible. Yes, it could not be used as a metal membrane for hydrogen purification.
(比較例4) (Comparative Example 4)
Ni−Zr−Nb合金の作製方法は、実施例10と同様にした。ただし、その組成が、x=20、y=30;x=25、y=25;x=30、y=20;x=40、y=30になるようにして、4種の試料を作製した。これら4種の試料は、図2において◆印で示してある。 The method for producing the Ni—Zr—Nb alloy was the same as in Example 10. However, four types of samples were prepared such that the composition was x = 20, y = 30; x = 25, y = 25; x = 30, y = 20; x = 40, y = 30. . These four types of samples are indicated by ♦ in FIG.
得られた鋳造状態の4種のNi−Zr−Nb合金材は、水素吸蔵により脆化が生じた例である。これらの合金材は、水素透過合金膜としては使用できなかった。特に、Ni25Zr25Nb50合金中の初晶ZrNbの体積率は50体積%であり、共晶(NiZr+ZrNb)の量は制限されている。ZrNb相は、多量の水素を吸蔵すると脆化するため、耐水素脆化性に乏しくなる。以上から、水素吸蔵後の脆性を抑止するためには、初晶ZrNbの量を少なくする必要がある。 The four cast Ni-Zr-Nb alloy materials thus obtained are examples in which embrittlement occurs due to hydrogen storage. These alloy materials could not be used as hydrogen permeable alloy films. In particular, the volume fraction of primary crystal ZrNb in the Ni 25 Zr 25 Nb 50 alloy is 50% by volume, and the amount of eutectic (NiZr + ZrNb) is limited. Since the ZrNb phase becomes brittle when a large amount of hydrogen is occluded, it becomes poor in hydrogen embrittlement resistance. From the above, it is necessary to reduce the amount of primary crystal ZrNb in order to suppress brittleness after hydrogen storage.
(比較例5) (Comparative Example 5)
Ni−Zr−Nb合金の作製方法は、実施例10と同様にした。ただし、その組成が、x=20、y=40;x=30、y=50;x=30、y=40;x=40、y=60;x=40、y=50;x=40、y=20;x=50、y=50;x=50、y=40;x=50、y=30;x=50、y=20になるようにして、10種の試料を作製した。これら10種の試料は、図2において■印で示してある。 The method for producing the Ni—Zr—Nb alloy was the same as in Example 10. However, the composition is x = 20, y = 40; x = 30, y = 50; x = 30, y = 40; x = 40, y = 60; x = 40, y = 50; x = 40, Ten samples were prepared so that y = 20; x = 50, y = 50; x = 50, y = 40; x = 50, y = 30; x = 50, y = 20. These ten samples are indicated by the ▪ marks in FIG.
得られた鋳造状態の10種のNi−Zr−Nb合金材は、鋳造状態で脆性を示す合金である。これらの合金はNiZr相、ZrNb相以外に、脆い金属間化合物が多量に生成していたため、水素透過試験が不可能であり、水素透過合金としては使用できなかった。 The obtained 10 Ni-Zr-Nb alloy materials in the cast state are alloys showing brittleness in the cast state. Since these alloys produced a large amount of brittle intermetallic compounds in addition to the NiZr phase and the ZrNb phase, the hydrogen permeation test was impossible, and they could not be used as hydrogen permeable alloys.
(比較例6) (Comparative Example 6)
Co−Zr−Nb合金の作製方法は、実施例17と同様にした。ただし、その組成が、x=50、y=50;x=50、y=40になるようにして、2種の試料を作製した。 The method for producing the Co—Zr—Nb alloy was the same as in Example 17. However, two types of samples were prepared such that the composition was x = 50, y = 50; x = 50, y = 40.
得られた各Co−Zr−Nb系合金材は、その組成が図3における水素精製用複相Co−Zr−Nb合金形成領域外(点A、B、C及びDで囲まれた領域外)であったが、水素透過測定の可能な試料であった。この2種の試料は、図3の同領域外に△印で示してある。これら全ての試料の673Kでの水素透過係数は10−10(molH2m−1s−1Pa−0.5)程度で小さく、水素透過用金属膜には適していなかった。 Each of the obtained Co—Zr—Nb-based alloy materials has a composition outside the region for forming the hydrogen purification double-phase Co—Zr—Nb alloy in FIG. 3 (outside the region surrounded by points A, B, C, and D). However, it was a sample capable of measuring hydrogen permeation. These two types of samples are indicated by Δ marks outside the same region in FIG. All of these samples had a hydrogen permeation coefficient at 673 K of about 10 −10 (molH 2 m −1 s −1 Pa −0.5 ), which was not suitable for a metal film for hydrogen permeation.
(比較例7) (Comparative Example 7)
Co−Zr−Nb合金の作製方法は、実施例17と同様にした。ただし、その組成が、x=20、y=30;x=30、y=40;x=30、y=20;x=40、y=50になるようにして、4種の試料を作製した。これら4種の試料は、図3において◆印で示してある。 The method for producing the Co—Zr—Nb alloy was the same as in Example 17. However, four types of samples were prepared such that the composition was x = 20, y = 30; x = 30, y = 40; x = 30, y = 20; x = 40, y = 50. . These four types of samples are indicated by ♦ in FIG.
得られた鋳造状態の4種のCo−Zr−Nb合金材は、水素吸蔵により脆化が生じたものである。これらの合金材は、水素透過用金属膜としては使用できなかった。 The obtained four types of Co-Zr-Nb alloy materials in the cast state are those in which embrittlement occurs due to hydrogen occlusion. These alloy materials could not be used as hydrogen permeable metal films.
(比較例8) (Comparative Example 8)
Co−Zr−Nb合金の作製方法は、実施例1と同様にした。ただし、その組成が、x=20、y=50;x=20、y=40;x=30、y=60;x=30、y=50;x=40、y=60;x=40、y=20;x=50、y=30;x=50、y=20;x=60、y=40;x=60、y=30;x=60、y=20になるようにして、11種の試料を作製した。これら11種の試料は、図3において■印で示してある。 The method for producing the Co—Zr—Nb alloy was the same as in Example 1. However, the composition is x = 20, y = 50; x = 20, y = 40; x = 30, y = 60; x = 30, y = 50; x = 40, y = 60; x = 40, y = 20; x = 50, y = 30; x = 50, y = 20; x = 60, y = 40; x = 60, y = 30; x = 60, y = 20, and 11 A seed sample was made. These 11 types of samples are indicated by ▪ in FIG.
得られた鋳造状態の11種のCo−Zr−Nb合金材は鋳造状態で脆性であったものである。これらの合金はCoZr相、ZrNb相以外に、脆い金属間化合物が多量に生成していたため、水素透過試験が不可能であり、水素透過合金としては使用できなかった。 The 11 cast Co—Zr—Nb alloy materials obtained in the cast state were brittle in the cast state. Since these alloys produced a large amount of brittle intermetallic compounds in addition to the CoZr phase and the ZrNb phase, the hydrogen permeation test was impossible, and they could not be used as hydrogen permeable alloys.
以上より、Co−Ti−Nb、Ni−Zr−NbおよびCo−Zr−Nbのいずれの系においても、共晶のみから構成される合金、あるいは初晶と共晶が共存する合金から、水素透過特性と耐水素脆性を兼ね備えた水素透過合金を作製することが可能である。 As described above, in any of the systems Co—Ti—Nb, Ni—Zr—Nb, and Co—Zr—Nb, hydrogen permeation can be obtained from an alloy composed only of a eutectic or an alloy in which a primary crystal and a eutectic coexist. It is possible to produce a hydrogen permeable alloy having both characteristics and hydrogen embrittlement resistance.
本発明によれば、水素透過性を担う相と耐水素脆化性を担う相との複合合金である特定の組成を有するCo−Ti−Nb系、Ni−Zr−Nb系およびCo−Zr−Nb系結晶質複相合金を用いることにより、優れた水素透過性と耐水素脆化性とを両立して達成することができる。そのため、極めて高い効率で水素の透過を行うことができので、得られた高純度水素を、燃料電池用の供給燃料や、半導体、光ファイバ、薬品等の製造分野に適用可能である。 According to the present invention, Co—Ti—Nb, Ni—Zr—Nb, and Co—Zr— having a specific composition that is a composite alloy of a phase responsible for hydrogen permeability and a phase responsible for hydrogen embrittlement resistance. By using the Nb-based crystalline double phase alloy, both excellent hydrogen permeability and resistance to hydrogen embrittlement can be achieved. Therefore, since hydrogen can be permeated with extremely high efficiency, the obtained high-purity hydrogen can be applied to the manufacturing fields of fuel for fuel cells, semiconductors, optical fibers, chemicals, and the like.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005085924A JP3749952B1 (en) | 2004-09-22 | 2005-03-24 | Crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane and crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004274929 | 2004-09-22 | ||
JP2005085924A JP3749952B1 (en) | 2004-09-22 | 2005-03-24 | Crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane and crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3749952B1 true JP3749952B1 (en) | 2006-03-01 |
JP2006118035A JP2006118035A (en) | 2006-05-11 |
Family
ID=36113756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005085924A Active JP3749952B1 (en) | 2004-09-22 | 2005-03-24 | Crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane and crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3749952B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118326337A (en) * | 2024-06-12 | 2024-07-12 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | Amorphous hydrogen storage high-entropy alloy film and preparation method and application thereof |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5000115B2 (en) * | 2005-09-26 | 2012-08-15 | 株式会社日本製鋼所 | Hydrogen permeable alloy |
JP4953278B2 (en) * | 2006-03-08 | 2012-06-13 | 三菱マテリアル株式会社 | Hydrogen permeation separation thin film with excellent hydrogen permeation separation performance |
JP4953279B2 (en) * | 2006-03-08 | 2012-06-13 | 三菱マテリアル株式会社 | Hydrogen permeation separation thin film with excellent hydrogen permeation separation performance |
JP5463557B2 (en) * | 2006-09-08 | 2014-04-09 | 国立大学法人北見工業大学 | Dual-phase hydrogen permeable alloy and method for producing the same |
JP2008068231A (en) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Kitami Institute Of Technology | Hydrogen-permeable membrane and its manufacturing method |
JP5039968B2 (en) * | 2006-09-19 | 2012-10-03 | 国立大学法人北見工業大学 | Crystalline double phase hydrogen permeable alloy and hydrogen permeable alloy membrane |
JP5167453B2 (en) * | 2008-03-19 | 2013-03-21 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen separation method using hydrogen separation membrane consisting of Nb membrane |
JP5199760B2 (en) * | 2008-07-10 | 2013-05-15 | 三菱マテリアル株式会社 | Hydrogen permeation separation thin film with excellent hydrogen permeation separation performance |
-
2005
- 2005-03-24 JP JP2005085924A patent/JP3749952B1/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118326337A (en) * | 2024-06-12 | 2024-07-12 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | Amorphous hydrogen storage high-entropy alloy film and preparation method and application thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006118035A (en) | 2006-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101290942B1 (en) | Multiple phase alloys for hydrogen separation-purification and method for preparing the alloys, and metal membranes for hydrogen separation-purification and method for preparing the metal membranes | |
JP3749952B1 (en) | Crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane and crystalline double-phase hydrogen permeable alloy membrane | |
JP3749953B1 (en) | Double phase hydrogen permeable alloy and hydrogen permeable alloy membrane | |
JP5998022B2 (en) | Separation membrane, hydrogen separation membrane provided with the same, and hydrogen separation apparatus provided with the hydrogen separation membrane | |
JP4756450B2 (en) | Double phase alloy for hydrogen separation and purification | |
JP5152433B2 (en) | Hydrogen separation alloy and manufacturing method thereof | |
JP5000115B2 (en) | Hydrogen permeable alloy | |
JP5185035B2 (en) | Pd-Cu alloy with excellent hydrogen permeation performance | |
JP4860969B2 (en) | Hydrogen permeable alloy and method for producing the same | |
JP4742269B2 (en) | Method for producing double-phase hydrogen permeable alloy and double-phase hydrogen permeable alloy | |
JP4953337B2 (en) | Double phase alloy for hydrogen separation and purification | |
US7708809B2 (en) | Hydrogen permeable membrane | |
EP1992401B1 (en) | Hydrogen-permeable separation thin membranes | |
JP3882089B1 (en) | Crystalline double phase hydrogen permeable alloy and hydrogen permeable alloy membrane | |
JP5039968B2 (en) | Crystalline double phase hydrogen permeable alloy and hydrogen permeable alloy membrane | |
JP4577775B2 (en) | Method for producing double phase alloy for hydrogen separation and purification | |
JP4953278B2 (en) | Hydrogen permeation separation thin film with excellent hydrogen permeation separation performance | |
JP5463557B2 (en) | Dual-phase hydrogen permeable alloy and method for producing the same | |
JP4860961B2 (en) | Hydrogen permeable alloy | |
JP2006283076A (en) | Dual phase alloy for separating/refining hydrogen | |
KR102023600B1 (en) | Separation membrane, hydrogen separation membrane including separation membrane and device including hydrogen separation membrane | |
JP2007239021A (en) | Thin hydrogen permeation and separation membrane exhibiting excellent hydrogen permeation and separation property |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3749952 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |