專利名稱：氫分離合金及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于得到高純氫的氫分離合金及其制造方法。
背景技術：
最近，燃料電池作為清潔能源受到注目。由于在自然界中沒有大量的作為燃料電池的燃料的氫氣，因而必須人工地制造。作為其方法之一，有通過水的電解得到氫的方法，但根據(jù)目前的技術水平，成本過高，因此目前，通過化石資源的重整來制造氫。但是，在該方法中，產生氫的同時產生C0、C02、H20等雜質氣體。特別是，CO由于使燃料電池的電極中毒，因此為了將通過化石資源的重整得到的氫用于燃料電池，必須從雜質氣體中分離精制出氫并使其高純化。作為氫的精制方法，已知使用了金屬膜的膜分離法作為簡便且得到高純度的氫的方法。目前，已實用化的氫分離金屬膜為PcHVg合金膜。但是，若將來燃料電池被廣泛使用時，價格昂貴且稀少的Pd成為制約條件，估不能適應需求。因此，需要開發(fā)替代Pd-Ag合金的新型金屬膜材料。作為新型金屬膜材料，V、Nb和Ta為單體且具有高的氫滲透性能而受到關注。通過使它們和如Ti、Zr、Hf、Ni、Co等其他的金屬進行多相合金化，大量進行著兼具高的氫滲透性能和耐氫脆性的氫分離合金的開發(fā)。例如，在專利文獻1和專利文獻2中提出的由擔負氫滲透性的相和擔負耐氫脆化性的相的復合相組成的Ni-Ti-Nb系多相合金在引人注目。專利文獻1和專利文獻2中所記載的多相合金具有以下組成僅由雖然氫滲透性能優(yōu)異但由于吸收氫而變脆且容易破壞的相(以下，稱為氫滲透相。)、和雖然氫滲透性能差但即使吸收氫也不易破壞的相(以下，稱為耐氫脆性相。)的2相構成的組成、或者形成 2相的共晶的組成。進而，作為改善上述的Ni-Ti-Nb系合金的加工性的技術，本申請發(fā)明人在專利文獻3中提出在鑄造的狀態(tài)下測定的氧量為IOOOppm以下的氫滲透合金。此外，在專利文獻4中，作為通過調整金屬組織來改善氫滲透系數(shù)的技術，公開了擔負氫滲透性的相向氫滲透方向伸展的多相型氫滲透合金。在先技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2006_27似97號公報專利文獻2 日本特開2005-232491號公報專利文獻3 國際公開號W02008/111516專利文獻4 日本特開2008-063628號公報
發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的問題在專利文獻1 3中所記載的Ni-Ti-Nb系多相合金中，雖然進行了改善氫滲透系數(shù)的探討，但對于金屬組織對作為氫分離合金所要求的另一個重要的特性的耐氫脆性產生的影響未進行充分的探討。此外，專利文獻4的多相型氫滲透合金通過軋制或壓制等塑性加工呈現(xiàn)耐氫滲透相向氫滲透方向伸展的金屬組織，確實改善氫滲透性的效果大。但是，在專利文獻4中所記載的多相型氫滲透合金中，由于將與經塑性加工的面垂直方向的面作為氫滲透的面，因此，在想要用作氫滲透膜的情況下，若氫滲透側的表面積變大，例如，則需要從軋制材料切出幾個材料并組合而制成產品，因此不適用于氫滲透側的表面積大的大型產品。另外，在專利文獻4中所記載的氫滲透膜中，在將經塑性加工的面用作氫滲透的面的情況下，無法期待充分的氫滲透性。本發(fā)明的目的在于提供一種也可適用于氫滲透側的表面積大的產品、具有在不降低氫滲透性的情況下進一步提高耐氫脆性的金屬組織的氫分離合金。解決問題的手段本發(fā)明的氫分離合金為組成式Nb^b + wM^M^所示的物質。在此，M1為選自由 Ti、Zr和Hf組成的組中的1種以上的元素，M2為選自由Ni、Co、Cr、Fe、Cu和Si組成的組中的1種以上的元素，10彡α ^ 60,10 ^ β彡50、α+β彡80。含有不可避免的雜質。 并且含有作為Nb-M1相的氫滲透相和作為M2-M1相的耐氫脆性相的兩相，所述氫滲透相和所述耐氫脆性相具有通過軋制伸展了的組織。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以形成氫滲透相伸展了的微細的層狀組織，并且緩和由伴隨氫吸放的晶格的膨脹和收縮產生的應力，提高耐氫脆性的同時提高氫滲透性能。結果，能夠廉價地制造氫滲透性能和耐氫脆性雙者優(yōu)良、也可適用于氫滲透側的表面積大型產品的氫分離合金。


圖1為顯示實施例的氫分離合金的截面的電子顯微鏡照片。圖2為顯示觀察面的示意圖。圖3為比較例1的氫分離合金的截面電子顯微鏡照片。圖4為比較例2的氫分離合金的截面電子顯微鏡照片。圖5為比較例3的氫分離合金的截面電子顯微鏡照片。
具體實施例方式本發(fā)明的最大的特征在于，制造以往未有的新型金屬組織。下面，對于本發(fā)明的一實施方式涉及的氫分離合金及其制造方法進行說明。所述氫分離合金具有作為Nb濃縮了的相的氫滲透相和作為過渡金屬相的耐氫脆性相分離為兩相的金屬組織，優(yōu)選組成為組成式Nb^b+MM^M^所示的物質。在此，M1為選自由Ti、^ 和Hf組成的組中的1種以上的元素，M2為選自由Ni、Co、Cr、Fe、Cu和Si組成的組中的1種以上的元素，10彡α彡60、10彡β彡50、α+β彡80。該氫分離合金含有不可避免的雜質。并且含有作為Nb-M1相的氫滲透相和作為M2-M1相的耐氫脆性相的兩相，氫滲透相和耐氫脆性相具有通過軋制而伸展了的組織。在通過軋制變薄的厚度方向且為通過軋制伸展了的方向上的截面的電子顯微鏡的50 μ mX 50 μ m的觀察面中，氫滲透相在任意10 μ mX 10 μ m的區(qū)域中的比例為35 70%。所述氫分離合金的制造方法包括在減壓氣氛下進行熔解·鑄造，得到具有作為 Nb濃縮了的相的氫滲透相和作為過渡金屬相的耐氫脆性相分離為兩相的金屬組織的氫分離合金塊的熔解工序；對所述合金塊進行熱塑性加工的熱加工工序；以及對實施了所述熱塑性加工的所述合金塊實施冷軋的冷軋工序。并且冷軋工序包括加熱至800°C以上不足1100°C的溫度、至少1次以上實施退火的工序，使合金塊的總壓下率為99%以上。在此，"800°C以上不足1100°C的溫度”是指，"800°C以上且低于1100°C的溫度”，不包含不足 800°C和1100°C以上的溫度。另外，總壓下率為由下式表示的值。
權利要求
1.一種氫分離合金，其特征在于，具有作為Nb濃縮了的相的氫滲透相和作為過渡金屬相的耐氫脆性相分離為兩相的金屬組織，所述氫滲透相和所述耐氫脆性相具有通過軋制而伸展了的組織， 在通過所述軋制變薄的厚度方向且為通過所述軋制伸展的方向上的截面的電子顯微鏡的50 μ mX50 μ m的觀察面中，所述氫滲透相在任意10 μ mX 10 μ m的區(qū)域中的比例為 35 70%。
2.根據(jù)權利要求1所述的氫分離合金，其特征在于，其是組成式Nb^a + wM^M^所示的氫分離合金，式中，M1為選自Ti、Zr和Hf的1 種以上的元素，M2為選自Ni、Co、Cr、Fe、Cu和Si中的1種以上的元素，10彡α彡60、 10 彡 β 彡 50、α +β 彡 80， 含有不可避免的雜質，所述氫滲透相為Nb-M1相，所述耐氫脆性相為M2-M1相。
3.根據(jù)權利要求2所述的氫分離合金，其特征在于， 所述M1為Ti，所述M2為Ni。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的氫分離合金，其特征在于， 所述氫分離合金為厚度為Imm以下的薄板。
5.一種氫分離合金的制造方法，其特征在于，包括在減壓氣氛下進行熔解 鑄造，得到具有作為Nb濃縮了的相的氫滲透相和作為過渡金屬相的耐氫脆性相分離為兩相的金屬組織的氫分離合金塊的熔解工序； 對所述氫分離合金塊實施熱塑性加工的熱加工工序；以及對實施了所述熱塑性加工的所述合金塊實施冷軋的冷軋工序，所述冷軋工序包括加熱至800°C以上且低于1100°C的溫度、并實施至少1次以上退火的工序，所述合金塊的總壓下率為99%以上。
6.根據(jù)權利要求5所述的氫分離合金的制造方法，其特征在于，其是組成式恥1(1(1.+0韋^20所示的氫分離合金的制造方法，式中，M1為選自Ti、a 和 Hf的1種以上的元素，M2為選自Ni、Co、Cr、Fe、Cu和Zn的1種以上的元素，10彡α彡60、 10 彡 β 彡 50、α +β 彡 80，所述氫分離合金含有不可避免的雜質， 所述氫滲透相為Nb-M1相，所述耐氫脆性相為M2-M1相。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的氫分離合金的制造方法，其特征在于，在所述熱加工工序和所述冷軋工序之間，加熱至800°C以上且低于1100°C的溫度，進行退火。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的氫分離合金的制造方法，其特征在于， 所述M1為Ti，所述M2為Ni。
9.根據(jù)權利要求5至8中任一項所述的氫分離合金的制造方法，其特征在于，通過所述冷軋工序形成厚度為Imm以下的薄板。
全文摘要
本發(fā)明提供一種也可適用于氫滲透側的表面積大型產品、提高氫滲透性、進一步提高耐氫脆性的具有金屬組織的氫分離合金。使用組成式Nb100-(α+β)M1αM2β所示的氫分離合金。在此，M1為選自由Ti、Zr和Hf組成的組中的1種以上的元素，M2為選自由Ni、Co、Cr、Fe、Cu和Zn組成的組中的1種以上的元素，10≤α≤60、10≤β≤50、α+β≤80。該氫分離合金含有不可避免的雜質。并且含有作為Nb-M1相的氫滲透相和作為M2-M1相的耐氫脆性相的兩相，所述氫滲透相和所述耐氫脆性相具有通過軋制伸展的組織。在通過所述軋制變薄的厚度方向且為通過所述軋制伸展的方向上的截面的電子顯微鏡的50μm×50μm的觀察面中，所述氫滲透相在任意10μm×10μm的區(qū)域中的比例為35～70％。
文檔編號C22C27/00GK102471839SQ201180003010
公開日2012年5月23日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權日2010年5月31日
發(fā)明者山村和廣, 飛世正博 申請人:日立金屬株式會社