巨大ひずみ加工による水素貯蔵合金の開発

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本研究では、加工しても形状が変わらない巨大ひずみ加工法を利用して水素貯蔵特性の向上を目指すことを目的とした。巨大ひずみ加工法として超高圧ねじり変形(High-Pressure Torsion:HPT)法と呼ばれる加工技術を利用した。この加工法は延性が低く強度の高い材料にも適用でき、格子欠陥が導入できることが特徴である。水素貯蔵合金には高強度で低延性の金属間化合物(FeTiやMg2Niなど)が適することが知られている。本研究では、前年度作製し、組織観察や硬度測定したTiFe金属間化合物の水素吸蔵・脱蔵特性をシーベルト型装置を用いて調べ、水素吸蔵・脱蔵メカニズムを考察した。1.HPT加工したFeTiは活性化処理することなく水素吸蔵・脱蔵特性を示した。水素吸収量は1.7wt%とほぼ理論値(1.9wt%)に近い量となった。2.HPT加工によるひずみ量の依存性を回転数0～10回転として調べたところ回転数が1/4回転でも水素吸蔵・脱蔵を示すことが分かった。3.HPT加工したFeTi金属間化合物は長期に大気中に曝した後でも活性化処理することなく水素吸蔵・脱蔵特性を示した。4.X線回折(XRD)、透過電子顕微鏡(TED)、走査電子顕微鏡(SEM)とともに、X線光電子分光法(XPS)、オージェ電子分光法(AES)で表面および内部組織観察を行ったところ、HPT加工で導入された格子欠陥により水素原子の拡散が高速に起こり、Fe酸化物の表面偏析が誘発され、同時に微小クラックが異種の酸化物の周りに形成されることで水素透過能が高まり、TiFeの内部にできた格子欠陥(たとえば転位)に水素がトラップされて圧力変化に対する水素脱像・吸蔵機能が高まったことが原因と考察された。