JPS5928626B2 - 水素吸蔵用ミツシユメタル−ニツケル系四元合金の製造方法 - Google Patents

水素吸蔵用ミツシユメタル−ニツケル系四元合金の製造方法

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JPS5928626B2
JPS5928626B2 JP55139185A JP13918580A JPS5928626B2 JP S5928626 B2 JPS5928626 B2 JP S5928626B2 JP 55139185 A JP55139185 A JP 55139185A JP 13918580 A JP13918580 A JP 13918580A JP S5928626 B2 JPS5928626 B2 JP S5928626B2
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hydrogen storage
hydrogen
nickel
metal
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泰章 大角
博 鈴木
明彦 加藤
啓介 小黒
正典 中根
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
    • C01B3/0005Reversible storage of hydrogen, e.g. by hydrogen getters or electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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  • Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水素吸蔵用ミツシュメタル−ニッケル系四元合
金の製造方法の改良に関し、特に一定温度における水素
吸蔵・解離圧特性の平坦部、いわゆるプラトー域での水
素化物組成に対する水素化圧力の少ない特性を有する合
金の製造方法に関する。
従来から、ある種の金属、あるいは合金が、適当な圧力
、温度の下で水素と反応して金属水素化物を生成するこ
とはすでに良く知られている。
この反応は他の固−気反応と比較して可逆性が良く、反
応速度も大きり、シかも単位重量、または単位体積あた
りの蓄熱量が大きいことから、金属水素化物はエネルギ
ー変換材料として種々のシステムへの利用が考えられて
いる。
ところでかかる利用の場合に、実用上極めて重要な特性
の一つが一定温度における水素吸蔵・解離特性であり、
特にプラトー域が平坦で水素化物組成に対する圧力変化
の少ないことが要求されている。
しかしながら、一般に水素吸蔵用多元系合金は、成分単
体金属をアルゴンアーク炉、高周波炉などで直接溶融、
混合して製造するために、冷却過程で液体一固体への変
化が急激に起り、不安定な格子間隙を有するままで固化
し、単相合金が得られに<<、プラトー域での圧力変化
が大きくなる欠点があった。
そこで本発明は、かかる従来の欠点を解消することを目
的とするものであり、得られた合金が単−相であり、結
晶の格子間距離もほぼ一定になる 。
ため、従来の合金に比してプラトー域での圧力変化が極
めて少なく、実用上利用しうる水素量も多くなるという
利点があり、しかも水素吸蔵・放出過程における水素と
の反応速度が速いため反応完結時間が短くなる等の特徴
を有するものである。
すなわち本発明はミツシュメタル(以下、Mmと略記す
る)−ニッケル系四元合金を種々の条件で処理し、プラ
トー域での圧力変化に及ぼす影響を検討した結果、ミツ
シュメタル−ニッケル系四元合金を合金の溶融温度以下
で短時間、熱処理をすることにより、前述した従来の欠
点を解消できることを見出し本発明を完成した。
本発明は一般式MmN i 5− 、八−yByで表わ
される合金を500〜1000℃の温度に加熱し、次い
で冷却することを特徴とする水素吸蔵用ミツシュメタル
−ニッケル系四元合金の製造方法である。
ただし、式中珈はミツシュメタル、Aはkl 、 Co
、 Cr 、 MnおよびSiからなる群から選ばれ
た元素、BはAe、 Co 、Cr 、Cu 、Fe
、MnおよびSiからなる群から選ばれた元素を示し、
AとBとは常に異なる元素であり、AがA6 t Cr
+MnおよびSiのときXは0.1〜2の範囲の数、
yは0.01〜1,99の範囲の数であり、AがCoの
ときXは0.1〜4.9の範囲の数、yは0,01〜4
.89の範囲の数であり、Xはyより太きい。
本発明で用いる原料の合金はMm 、ニッケル、Ae
、 Co 、 Cr 、 MnおよびSiからなる群か
ら選ばれた元素A1およびAe 、 Co 、 Cr
、 Cu 、 Fe 。
Mn、およびSiからなる群から選ばれた、前記Aとは
常に異なる元素Bからなるミツシュメタル−ニッケル系
四元合金であり、一般式 %式% 0.1〜2+Yは0.01〜1.99の範囲の数である
Xが0.1以下ではMmNi5に近い特性しか示さなく
なって金属AおよびBの添加効果があられれない。
すなわち、MrnNi5水素化物は解離圧が高いことか
ら、活性化には十分な脱ガス後に高圧水素を印加するか
、水素雰囲気中で低温で保持するか、または、この両者
の組合せが必要であるという不利な点を生ずる。
Xが2以上では活性化の容易さは保持されるものの、水
素吸蔵能力が低下し、吸蔵水素の放出が困難となり、高
温加熱と、時にはこれに減圧を組合せなければならない
という問題点を生ずる。
またyが0.01以下ではMmNi5−xAx(AはA
4 、 Cr 、 MnおよびSiを示す)に近い特性
しか示さなくなって金属Bの添加効果があられれない。
すなわち、水素の放出速度が遅くなる。
yが1.99以上では水素吸蔵能力が著しく低下し、吸
蔵水素の放出が困難となり、高温加熱と、時にはこれに
減圧を組合せなければならないという問題点を生ずる。
更にAがCoのときXは0.1〜4.9.yは0.01
〜489の数である。
勿論、すべての場合においてX > yである。
Xが0.1以下では、MmNi5に近い特性しか示さな
くなってCoの添加効果があられれない。
すなわち、活性化には高圧水素を印加するか、水素雰囲
気中で低温で保持するか、またはこの両者の組合せが必
要であるという不利な点を生ずる。
Xが49以上ではMm Co 5に近い特性を示し、水
素吸蔵量がMmNi 5にくらべて約半分になるという
問題点を生ずる。
またyが0.01以下ではN1rnN t 、−x C
o xに近い特性しか示さなくなって金属Bの添加効果
があられれない。
すなわち、水素の放出速度が遅くなる。
yが4.89以上では水素吸蔵能力が著しく低下し、吸
蔵水素の放出が困難となり、高温加熱と、時にはこれに
減圧を組合せなければならないという問題点を生ずる。
本発明はかかるミツシュメタル−ニッケル系四元合金を
500〜1000℃に加熱し、これを冷起することによ
り行なわれる。
加熱は空気存在下で行なっても良いが、合金の表面層が
酸化されることを考慮すれば減圧下、或は不活性ガス存
在下、またはこの両者の組合せ等の不活性範囲気下で行
なうことが好ましい。
加熱は如何なる方法であっても良く、たとえばシリコニ
ット、あるいはニクロム発熱体電気炉等により行なわれ
る。
加熱温度は加熱時間との組合せにもよるが、通常では5
00〜1000℃の範囲であり、好ましくは700〜1
000℃、より好ましくは800〜1000℃、最も好
ましくは900〜1000℃の範囲である。
500℃以下では熱処理を長時間実施すれば上記の温度
範囲で処理した時と同じ効果が得られるが、合金の大量
製造には実用的でない。
また1000℃以上では、合金の成分として比較的蒸気
圧の高いke 、 Cr 、 Mnなどを含む場合は、
その一部が揮散して水素化物の解離圧を高め、かつ目的
とする組成の合金が得られなくなる。
加熱時間は加熱温度との関係から決定されるものであり
、加熱温度が500〜1000℃の範囲内で1000℃
に近ければ短時間で良く、500℃に近ければやや長時
間を要するが、一般には0.25〜6時間の範囲である
0.25時間以下では、合金熱処理の効果が低下する傾
向となり、6時間以上では熱処理効果に差がなくなる。
合金加熱後の冷却は、加熱後直ちに氷水中で急冷しても
良いし、空気中で徐冷しても良い。
なお本発明で用いる合金の成分である■は一般ニランタ
ン25〜35%(重量係、以下同じ)、セリウム40〜
70%、プラセオジウム1〜15係、ネオジウム4〜1
5%、サマリウム+ガドリニウム1〜7係、鉄0.1〜
5係、ケイ素0.1〜1係、マグネシウム0.1〜2係
、アルミニウム0.1〜1%等を含むものであり、容易
かつ安価に人手できる。
また本発明で原料として用いる合金MmN i 、−8
Ax−7B、は、公知の各種の方法で製造することがで
き、たとえばアルゴンアーク炉法が採用できる。
すなわち、前述した合金組成になるように血、ニッケル
、AおよびB成分の金属を夫々、粉末状または適当な形
状、たとえば棒状で混合後、任意の形状にプレス成形し
、この成形品をアルゴンアーク炉に装入し、不活性雰囲
気中で加熱、溶融、放冷を数回繰返して組成の組成の均
質化を行なった後、炉から取出し、これを原料の合金と
して使用する。
かかる本発明の方法によれは、比較的簡単な操作によっ
てMmNl 5− XAx −y B y系合金に優れ
た効果を付与することができる。
すなわち、原料の合金を500〜1000℃で熱処理し
、これを冷却することによって合金製造時に生じた不安
定な格子間隙が消失して単−相の合金が得られ、しかも
結晶の格子間距離もほぼ一定になるので、従来の合金に
比較して一定温度における水素吸蔵・解離圧特性の平坦
部、プラトー域での圧力変化が極めて少なく、また実用
上利用できる水素量も多くなるという利点を有している
しかも水素吸蔵、放出過程における水素との反応速度が
速いため、反応完結時間が短くなり、短時間で水素吸蔵
反応が終了する。
更に、水素の吸蔵、放出反応を何度繰返しても合金自体
の劣化は実質的に認められず、従って長時間にわたる使
用が可能であり、水素吸蔵用合金として極めて優れてい
る。
更に本発明の方法は■−ニッケル系四元合金ばかりでな
く、主成分として■とNiを含有する三元以上の水素吸
蔵用多元合金、たとえばMm、−XAXNi5. Mm
l−xAxNi5−yBy 1Mm +、 −x A
x −z Cz N i5 tMm l −xA X
−Z Cz N 15− y B y 1Mm1−xA
xNi 5−、E3.−2c2(いずれもA、Bおよび
Cは相異なる元素)などについても同様に用いることが
できる。
次に本発明の実施例を述べる。
実施例 1 アルゴンアーク溶融炉法により製造された従来の合金M
mNi4.5 Mn0.25 Cr0.25 。
MmNl4.5 Ag、25Mn□、25.MmNi、
5Ae□、25SiO,25゜MmNl4.5A6o、
25 FeO,25、MmNl4,5 Mo、25Cu
O,25およびMmN I 2.5 Co2.oAe
□、5をそれぞれ石英容器に入れ、容器内にアルゴンを
導入して容器内を十分にガス置換した後、真空装置で容
器内を1 torrの圧力に保持した。
この容器をあらかじめ900℃に保持した電気炉中に入
れ、熱処理を行なった。
2持間後に熱処理を停止し、直ちに氷水中で冷却して熱
処理合金を得た。
このように、熱処理温度および処理時間を変化させたと
きの熱処理効果への影響を第1表に示す。
注:熱処理効果は900℃、2時間の熱 処理条件で出現した効果を100とし て比較した。
A:90〜100% 8170〜90% C:50〜70% D:50%以下 第1表から明らかなように、熱処理温度500〜100
0℃、処理時間0.25時(15分)、好ましくは処理
時間6時間の条件で得られた熱処理合金は、いずれも処
理効果が著量であり、後述の第1〜3図に示すように結
晶性が良好であり、水素吸蔵圧−組成等温線のプラトー
域での圧力変化が極めて少なく、水素吸蔵速度が速く、
水素吸蔵材料として優れたものである。
実施例 2 ア)vボンアーク炉溶融法により製造された従来の合金
、MmN i4,5Ae、25F’eo、25を1 t
orrのアルゴン雰囲気中、900°Cで2時間熱処理
を行なった。
この熱処理をした合金と、熱処理をしない従来の合金の
粉末X線折図を第1図に示す。
第1図から明らかなように、本発明により熱処理をした
合金のX線回折図口は、熱処理をしない合金のX線回折
図イに比較して図形がシャープになり、ピークの半値巾
が著るしく小さくなり、均質な結晶相となっていること
が理解できる。
実施例 3 実施例2の熱処理をしたMrnN14.5 k136.
25 p eo、25を減圧下に80℃で加熱脱ガスし
、水素で十分活性化した後に、水素吸蔵反応における MmNi4.5A11?o、2.Feo、25H系の吸
蔵圧カー水素化物組成等温線(40℃)を熱処理をしな
い合金のそれと比較した。
結果を第2図に示す。
従来かう、MIT]Ni5のニッケルの一部を他の元素
で置換した場合、置換が進行するにつれてプラトー域で
の圧力勾配が著るしく傾斜することが知られており、た
とえばMmNi5−xAx yBy系合金では、Xが
0.1〜2の範囲で増大するにつれてプラトー域の傾斜
も漸増する。
しかしながら第2図に示すように、本発明の熱処理をし
た合金;MmNi4.5Aeo、5Feo、25の水素
吸蔵圧−組成等温線Aのプラトー域での圧力変化が30
〜50気圧の範囲であるのに対して、従来の異処理をし
ない合金の等温線Bは1.3〜9.0気圧の範囲で大き
く変化しており、本発明に係る合金が水素吸蔵材料とし
て極めて優れた特性を有することが明らかである。
実施例 4 実施例2の熱処理をした合金 MmNi4,5Ae、25FeO,25の水素吸蔵時の
反応速度を測定した。
結果を熱処理をしないMrnNi4.5Aeo、25F
eo、25のそれと比較して第3図に示す。
第3図から明らかなように、熱処理をした合金の水素吸
蔵反応率Aは、熱処理をしない合金の反応率Bに比して
約1/2の時間で反応が終了する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法および従来の方法により得られた
合金、M111N14.5Aeo、25Feo、2.の
粉末X線解析図、第2図はこれら合金の水素吸蔵圧−水
素化物組成等温線図、第3図はこれら合金の水素吸蔵速
度と時間の関係を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一般式Mrn’ N t 5− x Ax −y
    B yで表わされる合金を500〜1000℃の温度に
    加熱し、次いでこの合金を冷却することを特徴とする水
    素吸蔵用ミツシュメタル−ニッケル系四元合金の製造方
    法。 ただし、式中■はミツシュメタル、AはA6゜Co 、
    Cr 、 MnおよびSiからなる群から選ばれた元
    素、BはAe3. Co 、 Cr 、 Cu 、 F
    e 、 MnおよびSiからなる群から選ばれた元素を
    示し、AとBとは常に異なる元素であり、AがAe 、
    Cr 。 MnおよびSiのときXは0.1〜2の範囲の数、yは
    0.01〜1.99の範囲の数であり、AがCoのとき
    Xは0.1〜4.9の範囲の数、yは0.01〜4.8
    9の範囲の数であり、Xはyより大きい。
JP55139185A 1980-10-03 1980-10-03 水素吸蔵用ミツシユメタル−ニツケル系四元合金の製造方法 Expired JPS5928626B2 (ja)

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