イオンミキシング法による水素吸蔵合金の表層ナノ構造の改質

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イオンビームを水素吸蔵合金の表面改質に利用した場合、結晶構造の変化、多量の格子欠陥、注入された水素による水素化物の核形成などが期待され、さらには種々の溶質元素をミキシングすることによって、新しい機能を持った合金開発の可能性がある。本研究ではイオン注入やイオンミキシングにより、長寿命化(耐劣化や耐被毒)および活性化の制御などを目指した表面ナノ構造の改質を行うことを目的とした。(1)ZrCoおよびZrNi:高温顕微鏡によるその場観察(水素圧1atm、反応温度150℃に200℃)を使用し、水素物形成過程の定量化を試みた。(1)ZrCo:ZrCoでは水素イオン注入による水素化物の成長促進の効果が認められなかった。イオンミキシングの効果については、溶質元素をCoにした場合に顕著であり、成長速度は2倍から3倍に増加することができた。水素化物形成に必要な活性化エネルギーは、未処理の場合が40kJ/mol、イオンミキシングの場合が20〜30kJ/mol程度となった。(2)ZrNi:ZrNiは水素イオン注入をしなければ、水素化が起こらない。イオン注入量が1X1016H2+/cm^2の場合、成長速度が大きくまた水素化開始までの潜伏期も大幅に短くなった。(2)TiFe:TiFeは未処理の場合、反応温度400℃、水素圧10MPaにおいても水素化が起こらない。しかし、水素イオン注入(3.6X1016H2+/cm^2)の場合7MPa、アルゴンイオン注入(5X1015Ar+/cm^2)の場合5MPa程度から水素化が開始する。また、LaNi5を溶質としたイオンミキシングを行うと、1X1015Ar+/cm^2では、水素圧1MPaで水素化が起こることがわかった。以上の結果から、イオン注入およびイオンミキジングによる初期水素化挙動に対する効果は、広範に認められることが明らかとなった。