[发明专利]贮氢合金及其制造方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种贮氢合金，特别是，涉及为改善平衡压力的平坦性(平稳段)通过亚稳分解，使所形成的微细结构的控制成为可能、活性化及吸放量优异的贮氢合金及其制造方法。

发明背景

从地球环境问题的观点看，作为替代化石燃料的新能源，提出太阳能、原子能、水能、风能、地热及废热的再利用等。但是，在任何情况下，怎样贮存和输送其能量成为共同的问题。使用太阳能和水能电解水，将由此得到的氢作为能量载体所使用的系统，原料是水，消耗能量所产生的生成物还是水。因此可以称为绿色能源。

作为这种氢的贮存和输送的手段，贮氢合金可以吸附合金自身体积约1000倍以上的氢气进行贮藏，其体积密度大致与液体或固体氢相等，或在其以上。作为贮氢材料，V、Nb、Ta和Ti-V合金等的体心立方结构(以下称BCC结构)的金属，与已经实用化的LaNi₅等的AB₅型合金和TiMn₂等的AB₂型合金相比，可以吸附大量的氢，这是很早就知道的。这是因为，在BCC结构中，其晶格中的贮氢点多，计算所得贮氢量H/M＝2.0(在原子量50左右的Ti和V等合金中约为4.0重量％)极大。

在纯钒合金中，与由晶体结构计算的值大致相同，约吸附4.0重量％，其中约一半在常温常压下释放。即使在同一周期表的5A族元素Nb和Ta中也同样显示较大的贮氢量和良好的氢释放特性。

V、Nb、Ta等纯金属，因为成本非常高，对于氢容器和Ni-MH电池等需要某种程度合金量的工业应用是不现实的。因而，在具有Ti-V等的BCC结构的成分范围内的合金中，一直在研究其特性。但是，这些BCC合金，在V、Nb、Ta中都存在反应速度慢、活性化困难的问题，再加之，在实用的温度、压力下，又产生只是吸附，而释放量少等新问题。其结果，以BCC相为主要构成相的合金，没有达到实用。

以往的通过合金化进行特性控制的试验，对于AB₅型、AB₂型或BCC型任何一种晶型，都是通过成分设计进行的。但是，成分的设定范围，对于任何例子，都未超越金属间化合物单相和BCC固溶体单相的范畴。作为该领域的公知技术，特开平7-252560号公报公开了，由五种元素以上成分构成的晶体结构是体心立方结构，使Ti-Cr系基本上是Ti_100-x-y-zCr_xA_yB_z的两种合金，其中A是V、Nb、Mo、Ta、W中的一种；B是Zr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu中的两种以上。其结果，只是晶格常数最佳化，不能期待充分的贮氢效果。进而公开了，能配置空隙在上的假想球的大小在半径是0.33以上时，贮氢量大幅度增大。但是，该公报没有利用亚稳分解领域的认识，仍停留在晶格常数的规定。

另外，上述以往技术的五元系的BCC结构的合金，尽管其金属组织是多相的，但以单相固溶体进行处理。这样在以往就谈不上着眼于两相以上的合金的金属组织，对其进行控制，对于单相以外，完全没有揭示。对于其效果，虽然也缓和了反应速度和活性化条件等，但是，未达到释放特性自身的改善，即释放温度和压力条件的缓和。这样，在以往未能实现着眼于多相化技术，把握其影响，进而对其控制，使容量大幅度增加并缓和吸放条件的技术。因此，正期望通过多相化的控制技术，开发有可能进一步改善这些特性的贮氢合金的技术开发。

发明的公开

本发明的目的在于，为了在实用的温度和压力区域，改善贮氢合金的平衡压力的平坦性，从以下两方面谋求Ti-Cr-V系的化学成分及热处理的最佳化，提供一种作为能量载体可以高效利用的划时代的高容量合金。

(1)、根据对平坦性(平稳段平坦性)影响大的合金内部畸变与结构的关系，将它们最佳化，得到构成相的复合规律以上的贮氢量。

(2)、明确多相中的周期结构的波长和振幅的控制因素，在实际过程中，使结构最佳化控制成为可能。

进而，本发明的又一目的是，以在BCC相产生亚稳分解的范围为前提下，研究上述结构的改善最适宜的化学成分，提供有高机能结构相的合金。

另外，本发明的另一目的在于，为了评价两相分离状态下的结构最佳化，提供基于利用新型的结构解析半流动状态的评价法的合金。

为了达到上述目的，本发明的要点如下。