氫透過分離薄膜制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供氫透過分離薄膜，其為包含Ｎｉ－Ｔｉ－Ｎｂ合金的氫透過分離薄膜，上述Ｎｉ－Ｔｉ－Ｎｂ合金包含通過輥急冷法而獲得的厚度０．０７ｍｍ以下的鑄造箔材的調(diào)質(zhì)熱處理材料，其具有（ａ）含有Ｎｂ：１０～４７原子％、Ｔｉ：２０～５２原子％、余量包含Ｎｉ和不可避免雜質(zhì)（含有Ｎｉ：２０～４８原子％）的成分組成；和（ｂ）在以包含Ｎｂ取代Ｎｉ－Ｔｉ金屬間化合物中Ｔｉ的一部分的狀態(tài)固溶含有的Ｎｉ－Ｔｉ（Ｎｂ）金屬間化合物的基體中，分散分布有在Ｎｂ中固溶Ｎｉ和Ｔｉ而成的Ｎｂ基固溶合金的微細(xì)粒的合金組織；以及氫透過分離薄膜，其為包含Ｎｂ－Ｔｉ－Ｎｉ合金的氫透過分離薄膜，上述Ｎｂ－Ｔｉ－Ｎｉ合金包含通過輥急冷法而獲得的厚度０．０７ｍｍ以下的鑄造箔材的調(diào)質(zhì)熱處理材料，其具有（ａ’）含有Ｎｉ：１０～３２原子％、Ｔｉ：１５～３３原子％、余量包含Ｎｂ和不可避免雜質(zhì)（含有Ｎｂ：４８～７０原子％）的成分組成；和（ｂ’）在包含Ｎｂ中固溶Ｎｉ和Ｔｉ而成的Ｎｂ基固溶合金的基體中，分散分布有以Ｎｂ取代Ｎｉ－Ｔｉ金屬間化合物中Ｔｉ的一部分的狀態(tài)固溶含有的Ｎｉ－Ｔｉ（Ｎｂ）金屬間化合物的微細(xì)粒的合金組織。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及由具有高機(jī)械強(qiáng)度的Ni-Ti-Nb合金或Nb-Ti-Ni合金構(gòu) 成，因此能夠進(jìn)行厚度0.07mm (70nm)以下的薄膜化，結(jié)果在實(shí)用時(shí) 能夠顯著提高薄膜化所產(chǎn)生的氫透過分離性能的氫透過分離薄膜。
技術(shù)介紹
近年來，例如作為氫燃料電池或氫氣體渦輪機(jī)等能量系統(tǒng)的燃料氣 體，高純度氫氣倍受關(guān)注，該高純度氫氣已知如下生產(chǎn)由將水電解而 獲得的混合氣體或?qū)⒁夯烊粴?LNG)水蒸氣重整而獲得的混合氣體 等含氫原料氣體，如圖5的概略說明圖所示，使用外周部例如用Ni制 等外框加固、且用材質(zhì)上具有僅氫能夠透過的功能的厚度O.l ~3mm的 氫透過分離膜分隔成左右兩側(cè)室、左側(cè)室安裝有含氬原料氣體導(dǎo)入管和 排氣導(dǎo)出管、右側(cè)室安裝有高純度氫氣取出管的中央部設(shè)有不銹鋼制等 反應(yīng)室的氫高純度精制裝置，將上述反應(yīng)室加熱至200 300。C,由上述 導(dǎo)入管導(dǎo)入含氫原料氣體，在將通過上述氫透過分離膜而分離精制的高 純度氫氣存在的右側(cè)室內(nèi)壓保持在O.lMPa、而將上述含氫原料氣體存在 的左側(cè)室內(nèi)壓保持在0.2 ~ 0.5MPa的條件下，通過上述氫透過分離膜， 將高純度氫氣分離精制，從而生產(chǎn)。另外，眾所周知上述氫透過分離膜還廣泛用于通過上述氫透過分離 膜進(jìn)行氬的選擇性移動(dòng)的、例如烴的水蒸氣重整工藝或苯'0環(huán)己烷反應(yīng) 等加氳/脫氬工藝等化學(xué)反應(yīng)工藝中。而且，上述氬透過分離膜還已知由具有以下(a)成分組成和(P) 的合金組織的Ni-Ti-Nb合金構(gòu)成，(a)含有Ni: 25~45原子％、 Ti: 26~50原子％、余量包含Nb 和不可避免雜質(zhì)(含有Nb: 11 ~48原子％)的成分組成、(P)使用由鑄錠利用放電加工切制的厚度0.1~3mm的鑄造薄板 材，如圖2和圖4的利用掃描型電子顯微鏡的組織照片(倍率2500倍 (圖2)和4000倍(圖4))所示，以固溶有Ni的NbTi相和固溶有 Nb的NiTi相的共晶組織為基體，在該基體中分散分布有初晶NbTi相(圖4中的白色島狀物)的合金組織。專利文獻(xiàn)l:特開2005-232491號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)預(yù)解決的課題另一方面，包括上述的氫高純度精制裝置，對(duì)各種化學(xué)反應(yīng)裝置的 高性能化的要求極為增強(qiáng)，與此同時(shí)，作為上述裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件而使用 的氫透過分離膜也要求具備更高的氳透過分離性能，另外已知， 一般為 上述氫透過分離膜時(shí)，越減小其膜厚則氫透過分離性能越提高，因此正 在積極地進(jìn)行關(guān)于構(gòu)成上述氫透過分離膜的Ni-Ti-Nb合金的高強(qiáng)度化 的開發(fā)，但上述以往的氫透過分離膜中，由于構(gòu)成其的Ni-Ti-Nb合金所 具備的機(jī)械強(qiáng)度不充分，因此無法薄膜化至0.1mm以下的厚度，因而現(xiàn) 實(shí)情況是無法達(dá)到令人滿意的氫透過分離性能的提高。用于解決課題的方法因而，本專利技術(shù)人等從上述觀點(diǎn)出發(fā)，為了尋求上述各種化學(xué)反應(yīng)裝 置的高性能化，特別為了使作為其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的氫透過分離膜的薄膜化成 為可能，著眼于上述氫透過分離膜的高強(qiáng)度化進(jìn)行研究，結(jié)果獲得以下 研究結(jié)果通過將上述氫透過分離膜特別規(guī)定為含有Nb: 10-47原子 %、 Ti: 20~52原子％、余量包含Ni和不可避免雜質(zhì)(含有Ni: 20 ~ 48原子％ )的成分組成，利用輥急冷法將該合金熔融液制成厚度0.07mm 以下的鑄造箔材，為了防止氧化在惰性氣體環(huán)境中或真空環(huán)境中、溫度 300 ~ IIO(TC下加熱保持規(guī)定時(shí)間的條件下對(duì)該鑄造箔材實(shí)施調(diào)質(zhì)熱處 理時(shí)，結(jié)果調(diào)質(zhì)熱處理材料如圖1所示利用掃描型電子顯微鏡的組織照 片(倍率2500倍)所示，成為在以包含Nb取代Ni-Ti金屬間化合物 中Ti的一部分的狀態(tài)固溶含有的Ni-Ti (Nb)金屬間化合物的基體(圖 1中用黑色表示)中，分散分布有在Nb中固溶Ni和Ti而成的Nb基固 溶合金的微細(xì)粒(圖1中用白色表示)的合金組織，該合金組織的 Ni-Ti-Nb合金具有極高的機(jī)械強(qiáng)度，因此在作為氫透過分離膜實(shí)用時(shí)， 可以使膜厚為0.07mm以下、長時(shí)間地發(fā)揮更為優(yōu)異的氫透過分離性能。另外，本專利技術(shù)人等還獲得以下研究結(jié)果通過將上述氫透過分離膜 特別規(guī)定為含有Ni: 10~32原子％、 Ti: 15~33原子％、余量包含Nb和不可避免雜質(zhì)(含有Nb: 48~70原子％)的成分組成，利用輥急冷 法將該合金熔融液制成厚度0.07mm以下的鑄造箔材，為了防止氧化在 惰性氣體環(huán)境中或真空環(huán)境中、溫度300~ 1100。C下加熱保持規(guī)定時(shí) 間的條件下對(duì)該鑄造箔材實(shí)施調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)，結(jié)果調(diào)質(zhì)熱處理材料如圖 3所示利用掃描型電子顯微鏡的組織照片(倍率4000倍)所示，成為 在包含Nb中固溶Ni和Ti而成的Nb基固溶合金的基體(圖3中用白色 表示)中，分散分布有以Nb取代Ni-Ti金屬間化合物中Ti的一部分的 狀態(tài)固溶含有的Ni-Ti (Nb)金屬間化合物的微細(xì)粒(圖3中用黑色表 示)的合金組織，該合金組織的Nb-Ti-Ni合金由于上述基體的Nb基固 溶合金而確保了優(yōu)異的氫透過分離性能，進(jìn)而通過上述微細(xì)粒的Ni-Ti (Nb )金屬間化合物在基體中的分散分布而具備極高的機(jī)械強(qiáng)度，因此 在作為氫透過分離膜實(shí)際使用時(shí)，可以使膜厚薄膜化為0.07mm以下， 該氬透過分離膜的薄膜化所帶來的氫透過分離性能的提高與上述Nb基 固溶合金基體所具有的優(yōu)異氫透過分離性能相輔相成，長時(shí)間地發(fā)揮更 為優(yōu)異的氫透過分離性能。本專利技術(shù)基于上述研究結(jié)果而完成，為一種氫透過分離薄膜(下文有 時(shí)稱作"氫透過分離薄膜(I)"),其為包含Ni-Ti-Nb合金的氪透過 分離薄膜，其特征在于，上述Ni-Ti-Nb合金包含通過輥急冷法而獲得的 厚度0.07mm以下的鑄造箔材的調(diào)質(zhì)熱處理材料，具有下述(a)成分組 成和(b)的合金組織(a) 含有Nb: 10~47原子％、 Ti: 20~52原子％、余量包含Ni: 20~48原子％和不可避免雜質(zhì)的成分組成，和(b) 在以包含Nb取代Ni-Ti金屬間化合物中Ti的一部分的狀態(tài)固 溶含有的Ni-Ti (Nb)金屬間化合物的基體中，分散分布有在Nb中固溶 Ni和Ti而成的Nb基固溶合金的微細(xì)粒的合金組織。另外，本專利技術(shù)為一種氫透過分離薄膜(下文有時(shí)稱作"氫透過分離 薄膜(II)"),其為包含Nb-Ti-Ni合金的氬透過分離薄膜，其特征在 于，上述Nb-Ti-Ni合金包含通過輥急冷法而獲得的厚度0.07mm以下的 鑄造箔材的調(diào)質(zhì)熱處理材料，具有下述(a，)成分組成和(b，)的合金 組織(a，)含有Ni: 10~32原子％、 Ti: 15~33原子％、余量包含Nb: 48~70原子％和不可避免雜質(zhì)的成分組成，和(b，)在包含Nb中固溶Ni和Ti而成的Nb基固溶合金基體中，分 散分布有以Nb取代Ni-Ti金屬間化合物中Ti的一部分的狀態(tài)固溶含有 的Ni-Ti (Nb)金屬間化合物的微細(xì)粒的合金組織。專利技術(shù)效果本專利技術(shù)的氫透過分離薄膜(I)通過具有高機(jī)械強(qiáng)度的基體Ni-Ti (Nb)金屬間化合物，能夠薄膜化至0.07mm以下的厚度，該薄膜化所 帶來的氬透過分離性能的提高與作為微細(xì)粒均勻地分散分布于上述基 體中的Nb基固溶合金所發(fā)揮的優(yōu)異氫透過分離性能相輔相成，當(dāng)將其 用于各種化學(xué)反應(yīng)裝置中時(shí)，長期間地發(fā)揮優(yōu)異的氬透過分離性能。另外，本專利技術(shù)的氫透過本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氫透過分離薄膜，其為包含Ｎｉ－Ｔｉ－Ｎｂ合金的氫透過分離薄膜，其特征在于，該Ｎｉ－Ｔｉ－Ｎｂ合金包含通過輥急冷法而獲得的厚度０．０７ｍｍ以下的鑄造箔材的調(diào)質(zhì)熱處理材料，具有下述（ａ）成分組成和（ｂ）的合金組織：　（ａ）含有Ｎｂ：１０～４７原子％、Ｔｉ：２０～５２原子％、余量包含Ｎｉ：２０～４８原子％和不可避免雜質(zhì)的成分組成，和　（ｂ）在以包含Ｎｂ取代Ｎｉ－Ｔｉ金屬間化合物中Ｔｉ的一部分的狀態(tài)固溶含有的Ｎｉ－Ｔｉ（Ｎｂ）金屬間化合物的基體中，分散分布有在Ｎｂ中固溶Ｎｉ和Ｔｉ而成的Ｎｂ基固溶合金的微細(xì)粒的合金組織。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：喜多晃一，青木清，石川和宏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：三菱麻鐵里亞爾株式會(huì)社，國立大學(xué)法人北見工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：JP[日本]