JPH0819500B2 - 水素吸蔵合金薄膜体およびその製造方法 - Google Patents
水素吸蔵合金薄膜体およびその製造方法Info
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- JPH0819500B2 JPH0819500B2 JP63063594A JP6359488A JPH0819500B2 JP H0819500 B2 JPH0819500 B2 JP H0819500B2 JP 63063594 A JP63063594 A JP 63063594A JP 6359488 A JP6359488 A JP 6359488A JP H0819500 B2 JPH0819500 B2 JP H0819500B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、気中から水素を分離精製するために好適な
水素吸蔵合金薄膜体、およびその製造方法に関する。
水素吸蔵合金薄膜体、およびその製造方法に関する。
（ロ）従来の技術 従来、水素の精製法として、吸着法、深冷吸着法等が
知られている。また、上記以外の方法として高分子膜や
パラジウム合金膜を利用した水素分離膜が実用化されて
いる。しかし、高分子膜は水素ガス分離比が２〜20程度
と低く、かつ180℃以上の高温では殆ど使用できない。
一方、実用域にあるパラジウム合金膜は分離比は極めて
高いが、貴金属であるため非常に高価であるという欠点
がある。
知られている。また、上記以外の方法として高分子膜や
パラジウム合金膜を利用した水素分離膜が実用化されて
いる。しかし、高分子膜は水素ガス分離比が２〜20程度
と低く、かつ180℃以上の高温では殆ど使用できない。
一方、実用域にあるパラジウム合金膜は分離比は極めて
高いが、貴金属であるため非常に高価であるという欠点
がある。
近年、パラジウム合金と同様に、水素を金属格子内に
取り込む性質を有するLaNi5,TiCo,TiFe等の水素吸蔵合
金が開発され、特公昭60−246203号公報に見られるよう
に水素を分離精製する方法が提案されている。しかしこ
の方法は、バッチ式によるため基本的に連続運転が不可
能で、容器の複数化により見掛け上の連続運転を試みて
も、システム構成が複雑化するだけで、効率のよい運転
は望めなかった。
取り込む性質を有するLaNi5,TiCo,TiFe等の水素吸蔵合
金が開発され、特公昭60−246203号公報に見られるよう
に水素を分離精製する方法が提案されている。しかしこ
の方法は、バッチ式によるため基本的に連続運転が不可
能で、容器の複数化により見掛け上の連続運転を試みて
も、システム構成が複雑化するだけで、効率のよい運転
は望めなかった。
（ハ）発明が解決しようとする課題 このため、最近は特開昭62−191402号公報に見られる
ように、水素吸蔵合金をスパッタ法や蒸着法により薄膜
化して、水素の選択透過性のある分離膜を製造すること
が試みられている。しかしながら、水素吸蔵合金は一般
的に金属間化合物であって延性、展性に乏しく、このた
め、水素の吸蔵、放出に伴う応力により割れが生じ、水
素の選択透過による水素分離能力が低下する欠点があっ
た。
ように、水素吸蔵合金をスパッタ法や蒸着法により薄膜
化して、水素の選択透過性のある分離膜を製造すること
が試みられている。しかしながら、水素吸蔵合金は一般
的に金属間化合物であって延性、展性に乏しく、このた
め、水素の吸蔵、放出に伴う応力により割れが生じ、水
素の選択透過による水素分離能力が低下する欠点があっ
た。
そこで本発明は、上記従来技術の欠点を除いて水素吸
蔵、放出によっても割れが生じない水素吸蔵合金薄膜体
およびその製造方法を提供することを目的とする。
蔵、放出によっても割れが生じない水素吸蔵合金薄膜体
およびその製造方法を提供することを目的とする。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明の水素吸蔵合金薄膜体は、Ti−Fe2元合金のTi
固溶体相内にTiFe化合物相が分散されてなるものであ
る。これは、Ti−Fe2元合金の組成と温度で決まるTi固
溶体相領域で熱間圧延（含鍛造）により、薄膜体加工お
よび溶体化処理を行って、均質なTi固溶体相薄膜体とな
し、次いでTi固溶体相をTiFe化合物相の２相共存領域に
おいて時間をかけてTiFe化合物相を析出させたのち、常
温まで冷却することにより得られる。
固溶体相内にTiFe化合物相が分散されてなるものであ
る。これは、Ti−Fe2元合金の組成と温度で決まるTi固
溶体相領域で熱間圧延（含鍛造）により、薄膜体加工お
よび溶体化処理を行って、均質なTi固溶体相薄膜体とな
し、次いでTi固溶体相をTiFe化合物相の２相共存領域に
おいて時間をかけてTiFe化合物相を析出させたのち、常
温まで冷却することにより得られる。
（ホ）作用 第１図はTi−Fe2元合金の状態図を示したもので、図
示の如く、Ti−Fe合金はその組成（重量％）と温度
（℃）に応じて種々の状態を取り得る。即ち、図のａで
示す組成と温度の領域は、βTi相領域又はTi固溶体相領
域と呼ばれ、TiとFeが均一に混じり合って固溶体相を形
成する領域である。また、図のｂで示す組成と温度の領
域は、TiFe化合物相領域であり、その間に存在するｃで
示す領域は、Ti固溶体相とTiFe化合物相のいずれの状態
をも取り得る２相共存領域である。その他αTi相領域、
TiFe2化合物相領域、αFe相領域および共存領域等が存
在するが、これらは本発明に直接関係ないためその詳細
説明は省略する。
示の如く、Ti−Fe合金はその組成（重量％）と温度
（℃）に応じて種々の状態を取り得る。即ち、図のａで
示す組成と温度の領域は、βTi相領域又はTi固溶体相領
域と呼ばれ、TiとFeが均一に混じり合って固溶体相を形
成する領域である。また、図のｂで示す組成と温度の領
域は、TiFe化合物相領域であり、その間に存在するｃで
示す領域は、Ti固溶体相とTiFe化合物相のいずれの状態
をも取り得る２相共存領域である。その他αTi相領域、
TiFe2化合物相領域、αFe相領域および共存領域等が存
在するが、これらは本発明に直接関係ないためその詳細
説明は省略する。
これら各相領域を形成する温度状態から直に常温に取
り出し冷却すれば、その相を保った状態の合金が得られ
る。そのTi固溶体相は、水素の透過には殆ど関与しない
が、延性、展性に富む。一方、TiFe化合物相は水素透過
特性を有するが延性、展性に欠ける。
り出し冷却すれば、その相を保った状態の合金が得られ
る。そのTi固溶体相は、水素の透過には殆ど関与しない
が、延性、展性に富む。一方、TiFe化合物相は水素透過
特性を有するが延性、展性に欠ける。
そこで、図のTi固溶体相領域ａと２相共存領域ｃの境
界部分即ち組成17〜24.7（重量％）、温度600〜1085
（℃）の部分に注目し、例えばＡ点に示す組成23（重量
％）、温度1085（℃）にて形成したTi固溶体相合金をＢ
点に示す温度700（℃）にて長時間保持することによりT
i固溶体相にTiFe化合物相を析出させる時効析出処理を
施こす。すると、Ti固溶体相にTiFe化合物相が混じり合
った合金が得られる。
界部分即ち組成17〜24.7（重量％）、温度600〜1085
（℃）の部分に注目し、例えばＡ点に示す組成23（重量
％）、温度1085（℃）にて形成したTi固溶体相合金をＢ
点に示す温度700（℃）にて長時間保持することによりT
i固溶体相にTiFe化合物相を析出させる時効析出処理を
施こす。すると、Ti固溶体相にTiFe化合物相が混じり合
った合金が得られる。
このときの合金組成は、時効析出処理でできるだけ多
くのTiFe化合物相を析出させるため、Ti固溶体相の安定
領域ａで最大のFe含有率とすることが望ましい。
くのTiFe化合物相を析出させるため、Ti固溶体相の安定
領域ａで最大のFe含有率とすることが望ましい。
このようにして得られる水素吸蔵合金薄膜体は、水素
透過に関与するTiFe化合物相の粒子が、水素透過に殆ど
関与せずしかも延性、展性に富むTi固溶体相に金属結合
を介して担持されているため、水素吸蔵、放出過程を含
む連続的な水素透過によってもTiFe化合物相が割れを起
こすことがなく、安定したものとなる。
透過に関与するTiFe化合物相の粒子が、水素透過に殆ど
関与せずしかも延性、展性に富むTi固溶体相に金属結合
を介して担持されているため、水素吸蔵、放出過程を含
む連続的な水素透過によってもTiFe化合物相が割れを起
こすことがなく、安定したものとなる。
（ヘ）実施例 （１）先ず、Ti（チタン）粉末76重量％、Fe（鉄）粉末
24重量％を秤量して混合し、アーク炉にて溶融しボタン
状に形成して取り出すことにより、Ti−Fe2元合金塊を
得た。これを温度約1000℃で熱間圧延し、板厚0.1mmの
薄膜体に加工する。しかし、このままではTi単体やFe単
体の遊離相を含む可能性があるため、これを十分にアニ
ールし、均一な固溶体に溶体化処理した。
24重量％を秤量して混合し、アーク炉にて溶融しボタン
状に形成して取り出すことにより、Ti−Fe2元合金塊を
得た。これを温度約1000℃で熱間圧延し、板厚0.1mmの
薄膜体に加工する。しかし、このままではTi単体やFe単
体の遊離相を含む可能性があるため、これを十分にアニ
ールし、均一な固溶体に溶体化処理した。
次に、このTi固溶体相の薄膜体をアルゴンガス雰囲以
下の電気炉において、1080℃にて約10時間保持すること
により均質なTi固溶体相を得た。
下の電気炉において、1080℃にて約10時間保持すること
により均質なTi固溶体相を得た。
更に、これを約700℃にて約10時間保持することによ
り時効析出処理を行なった後、常温にて冷却して水素吸
蔵合金薄膜体を得た。
り時効析出処理を行なった後、常温にて冷却して水素吸
蔵合金薄膜体を得た。
（２）Ti粉末76重量％、Fe粉末20重量％、Nb粉末４重量
％を秤量して混合し、アーク炉を用いて得られる合金塊
を実施例（１）同様にして熱間圧延による薄膜体加工、
Ti固溶体相を得る溶体化処理、TiFe化合物相の時効析出
処理、冷却を行なって水素吸蔵合金薄膜体を得た。
％を秤量して混合し、アーク炉を用いて得られる合金塊
を実施例（１）同様にして熱間圧延による薄膜体加工、
Ti固溶体相を得る溶体化処理、TiFe化合物相の時効析出
処理、冷却を行なって水素吸蔵合金薄膜体を得た。
（３）Ti粉末76重量％、Fe粉末20重量％、Mn粉末４重量
％を秤量して混合し、実施例（２）同様の処理を施すこ
とにより水素吸蔵合金薄膜体を得た。
％を秤量して混合し、実施例（２）同様の処理を施すこ
とにより水素吸蔵合金薄膜体を得た。
以上の各実施例にて得られる水素吸蔵合金薄膜体を粉
末Ｘ線回折装置により調べたところ、いずれの合金もTi
固溶体相とTiFe化合物相の２相からなることを確認し
た。更に、金属顕微鏡およびEPMA（Electron Probe Mic
ro Analyzer）装置による膜厚断面の観察の結果、第２
図（ａ）の薄膜表面組織図および第２図（ｂ）の膜厚断
面組織図に示す如く、Ti固溶体相１内に均一にTiFe化合
物相粒子２が析出しており、しかも析出したTi固溶体相
の殆どは厚さ約0.1mmの膜の上下表面を貫通しているこ
とが確認された。
末Ｘ線回折装置により調べたところ、いずれの合金もTi
固溶体相とTiFe化合物相の２相からなることを確認し
た。更に、金属顕微鏡およびEPMA（Electron Probe Mic
ro Analyzer）装置による膜厚断面の観察の結果、第２
図（ａ）の薄膜表面組織図および第２図（ｂ）の膜厚断
面組織図に示す如く、Ti固溶体相１内に均一にTiFe化合
物相粒子２が析出しており、しかも析出したTi固溶体相
の殆どは厚さ約0.1mmの膜の上下表面を貫通しているこ
とが確認された。
更に、比較例として公知のスパッタ法によりTiFe0.8N
b0.2合金薄膜体を造り、前記各実施例により得られた水
素吸蔵合金薄膜体と共に水素透過試験を行なったとこ
ろ、下記第１表に示す結果が得られた。
b0.2合金薄膜体を造り、前記各実施例により得られた水
素吸蔵合金薄膜体と共に水素透過試験を行なったとこ
ろ、下記第１表に示す結果が得られた。
上記の結果から、公知のスパッタ法によるTiFe0.8Nb
0.2合金薄膜に比べ、各実施例で得られるTi−Fe,Ti−Fe
−Nb,Ti−Fe−Mn水素吸蔵合金薄膜体は、透過の安定性
が極めて大きいことが判る。
0.2合金薄膜に比べ、各実施例で得られるTi−Fe,Ti−Fe
−Nb,Ti−Fe−Mn水素吸蔵合金薄膜体は、透過の安定性
が極めて大きいことが判る。
一方、各実施例の中では、実施例（１）のTi−Fe水素
吸蔵合金薄膜体に比べ、実施例（２）、（３）のTi−Fe
−Nb,Ti−Fe−Mn水素吸蔵合金薄膜体の方が初期活性化
条件及び水素透過条件が低くてよいことが判る。この傾
向はNb,MnをZr,V,Cr,Co,Ni,Cuに変えても同様であっ
た。
吸蔵合金薄膜体に比べ、実施例（２）、（３）のTi−Fe
−Nb,Ti−Fe−Mn水素吸蔵合金薄膜体の方が初期活性化
条件及び水素透過条件が低くてよいことが判る。この傾
向はNb,MnをZr,V,Cr,Co,Ni,Cuに変えても同様であっ
た。
なお、以上の実施例では水素吸蔵合金薄膜体としてTi
−Fe2元合金を例にとり説明したが、本発明はTi−Fe系
合金と同様の状態図をもつTi−Mn系合金についても同様
に適用できる。
−Fe2元合金を例にとり説明したが、本発明はTi−Fe系
合金と同様の状態図をもつTi−Mn系合金についても同様
に適用できる。
（ト）発明の効果 本発明の水素吸蔵合金薄膜体を用いることにより、水
素透過による割れの発生が無くなり、安定した水素分離
が可能となる。また、圧延加工過程を含むため、板状、
パイプ状等任意の形状の薄膜体を得ることができ、装置
設計上も極めて有利であり、実用的な水素精製装置の実
現に大きな効果をもたらす。
素透過による割れの発生が無くなり、安定した水素分離
が可能となる。また、圧延加工過程を含むため、板状、
パイプ状等任意の形状の薄膜体を得ることができ、装置
設計上も極めて有利であり、実用的な水素精製装置の実
現に大きな効果をもたらす。
第１図はTi−Fe2元合金の状態図、第２図（ａ）は本発
明による水素吸蔵合金薄膜体の薄膜表面組織図、同図
（ｂ）はその膜厚断面組織図である。 １……Ti固溶体相、２……TiFe化合物相。
明による水素吸蔵合金薄膜体の薄膜表面組織図、同図
（ｂ）はその膜厚断面組織図である。 １……Ti固溶体相、２……TiFe化合物相。
Claims (3)
- 【請求項１】薄膜体をなすTi−Fe2元合金のTi固溶体相
内にTiFe化合物相が一様に分散されてなることを特徴と
する水素吸蔵合金薄膜体。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載において、V,N
b,Zr,Cr,Mn,Co,Ni,Cuのいずれか１つ又は複数の組み合
わせ元素を含むことを特徴とする水素吸蔵合金薄膜体。 - 【請求項３】所定の組成を有するTi−Fe2元合金塊をTi
固溶体相領域を満足する温度に保持し、熱間圧延により
薄膜体加工および溶体化処理を施すことにより均質なTi
固溶体相薄膜体となし、次いで、Ti固溶体相とTiFe化合
物相の２相共存領域を満たす温度に長時間保持すること
により、Ti固溶体相内にTiFe化合物相を析出させること
を特徴とする水素吸蔵合金薄膜体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63063594A JPH0819500B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 水素吸蔵合金薄膜体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63063594A JPH0819500B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 水素吸蔵合金薄膜体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01240629A JPH01240629A (ja) | 1989-09-26 |
| JPH0819500B2 true JPH0819500B2 (ja) | 1996-02-28 |
Family
ID=13233750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63063594A Expired - Fee Related JPH0819500B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 水素吸蔵合金薄膜体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0819500B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH049450A (ja) * | 1990-04-26 | 1992-01-14 | Yoshiro Nakamatsu | 水素貯蔵合金 |
| JP4889947B2 (ja) * | 2005-01-14 | 2012-03-07 | パナソニック株式会社 | 気体吸着合金 |
| JP4953337B2 (ja) * | 2005-03-28 | 2012-06-13 | 日立金属株式会社 | 水素分離・精製用複相合金 |
| CN115874083B (zh) * | 2022-12-21 | 2024-12-17 | 扬州钛博医疗器械科技有限公司 | 一种超硬钛合金及其制备方法 |
-
1988
- 1988-03-18 JP JP63063594A patent/JPH0819500B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01240629A (ja) | 1989-09-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |