氢透过分离薄膜制造技术

本发明专利技术提供氢透过分离薄膜，其为包含Ｎｉ－Ｔｉ－Ｎｂ合金的氢透过分离薄膜，上述Ｎｉ－Ｔｉ－Ｎｂ合金包含通过辊急冷法而获得的厚度０．０７ｍｍ以下的铸造箔材的调质热处理材料，其具有（ａ）含有Ｎｂ：１０～４７原子％、Ｔｉ：２０～５２原子％、余量包含Ｎｉ和不可避免杂质（含有Ｎｉ：２０～４８原子％）的成分组成；和（ｂ）在以包含Ｎｂ取代Ｎｉ－Ｔｉ金属间化合物中Ｔｉ的一部分的状态固溶含有的Ｎｉ－Ｔｉ（Ｎｂ）金属间化合物的基体中，分散分布有在Ｎｂ中固溶Ｎｉ和Ｔｉ而成的Ｎｂ基固溶合金的微细粒的合金组织；以及氢透过分离薄膜，其为包含Ｎｂ－Ｔｉ－Ｎｉ合金的氢透过分离薄膜，上述Ｎｂ－Ｔｉ－Ｎｉ合金包含通过辊急冷法而获得的厚度０．０７ｍｍ以下的铸造箔材的调质热处理材料，其具有（ａ’）含有Ｎｉ：１０～３２原子％、Ｔｉ：１５～３３原子％、余量包含Ｎｂ和不可避免杂质（含有Ｎｂ：４８～７０原子％）的成分组成；和（ｂ’）在包含Ｎｂ中固溶Ｎｉ和Ｔｉ而成的Ｎｂ基固溶合金的基体中，分散分布有以Ｎｂ取代Ｎｉ－Ｔｉ金属间化合物中Ｔｉ的一部分的状态固溶含有的Ｎｉ－Ｔｉ（Ｎｂ）金属间化合物的微细粒的合金组织。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由具有高机械强度的Ni-Ti-Nb合金或Nb-Ti-Ni合金构 成，因此能够进行厚度0.07mm (70nm)以下的薄膜化，结果在实用时 能够显著提高薄膜化所产生的氢透过分离性能的氢透过分离薄膜。
技术介绍
近年来，例如作为氢燃料电池或氢气体涡轮机等能量系统的燃料气 体，高纯度氢气倍受关注，该高纯度氢气已知如下生产由将水电解而 获得的混合气体或将液化天然气(LNG)水蒸气重整而获得的混合气体 等含氢原料气体，如图5的概略说明图所示，使用外周部例如用Ni制 等外框加固、且用材质上具有仅氢能够透过的功能的厚度O.l ~3mm的 氢透过分离膜分隔成左右两侧室、左侧室安装有含氬原料气体导入管和 排气导出管、右侧室安装有高纯度氢气取出管的中央部设有不锈钢制等 反应室的氢高纯度精制装置，将上述反应室加热至200 300。C,由上述 导入管导入含氢原料气体，在将通过上述氢透过分离膜而分离精制的高 纯度氢气存在的右侧室内压保持在O.lMPa、而将上述含氢原料气体存在 的左侧室内压保持在0.2 ~ 0.5MPa的条件下，通过上述氢透过分离膜， 将高纯度氢气分离精制，从而生产。另外，众所周知上述氢透过分离膜还广泛用于通过上述氢透过分离 膜进行氬的选择性移动的、例如烃的水蒸气重整工艺或苯'0环己烷反应 等加氲/脱氬工艺等化学反应工艺中。而且，上述氬透过分离膜还已知由具有以下(a)成分组成和(P) 的合金组织的Ni-Ti-Nb合金构成，(a)含有Ni: 25~45原子％、 Ti: 26~50原子％、余量包含Nb 和不可避免杂质(含有Nb: 11 ~48原子％)的成分组成、(P)使用由铸锭利用放电加工切制的厚度0.1~3mm的铸造薄板 材，如图2和图4的利用扫描型电子显微镜的组织照片(倍率2500倍 (图2)和4000倍(图4))所示，以固溶有Ni的NbTi相和固溶有 Nb的NiTi相的共晶组织为基体，在该基体中分散分布有初晶NbTi相(图4中的白色岛状物)的合金组织。专利文献l:特开2005-232491号公报
技术实现思路
专利技术预解决的课题另一方面，包括上述的氢高纯度精制装置，对各种化学反应装置的 高性能化的要求极为增强，与此同时，作为上述装置的结构构件而使用 的氢透过分离膜也要求具备更高的氳透过分离性能，另外已知， 一般为 上述氢透过分离膜时，越减小其膜厚则氢透过分离性能越提高，因此正 在积极地进行关于构成上述氢透过分离膜的Ni-Ti-Nb合金的高强度化 的开发，但上述以往的氢透过分离膜中，由于构成其的Ni-Ti-Nb合金所 具备的机械强度不充分，因此无法薄膜化至0.1mm以下的厚度，因而现 实情况是无法达到令人满意的氢透过分离性能的提高。用于解决课题的方法因而，本专利技术人等从上述观点出发，为了寻求上述各种化学反应装 置的高性能化，特别为了使作为其结构构件的氢透过分离膜的薄膜化成 为可能，着眼于上述氢透过分离膜的高强度化进行研究，结果获得以下 研究结果通过将上述氢透过分离膜特别规定为含有Nb: 10-47原子 %、 Ti: 20~52原子％、余量包含Ni和不可避免杂质(含有Ni: 20 ~ 48原子％ )的成分组成，利用辊急冷法将该合金熔融液制成厚度0.07mm 以下的铸造箔材，为了防止氧化在惰性气体环境中或真空环境中、温度 300 ~ IIO(TC下加热保持规定时间的条件下对该铸造箔材实施调质热处 理时，结果调质热处理材料如图1所示利用扫描型电子显微镜的组织照 片(倍率2500倍)所示，成为在以包含Nb取代Ni-Ti金属间化合物 中Ti的一部分的状态固溶含有的Ni-Ti (Nb)金属间化合物的基体(图 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 溶合金的微细粒(图1中用白色表示)的合金组织，该合金组织的 Ni-Ti-Nb合金具有极高的机械强度，因此在作为氢透过分离膜实用时， 可以使膜厚为0.07mm以下、长时间地发挥更为优异的氢透过分离性能。另外，本专利技术人等还获得以下研究结果通过将上述氢透过分离膜 特别规定为含有Ni: 10~32原子％、 Ti: 15~33原子％、余量包含Nb和不可避免杂质(含有Nb: 48~70原子％)的成分组成，利用辊急冷 法将该合金熔融液制成厚度0.07mm以下的铸造箔材，为了防止氧化在 惰性气体环境中或真空环境中、温度300~ 1100。C下加热保持规定时 间的条件下对该铸造箔材实施调质热处理时，结果调质热处理材料如图 3所示利用扫描型电子显微镜的组织照片(倍率4000倍)所示，成为 在包含Nb中固溶Ni和Ti而成的Nb基固溶合金的基体(图3中用白色 表示)中，分散分布有以Nb取代Ni-Ti金属间化合物中Ti的一部分的 状态固溶含有的Ni-Ti (Nb)金属间化合物的微细粒(图3中用黑色表 示)的合金组织，该合金组织的Nb-Ti-Ni合金由于上述基体的Nb基固 溶合金而确保了优异的氢透过分离性能，进而通过上述微细粒的Ni-Ti (Nb )金属间化合物在基体中的分散分布而具备极高的机械强度，因此 在作为氢透过分离膜实际使用时，可以使膜厚薄膜化为0.07mm以下， 该氬透过分离膜的薄膜化所带来的氢透过分离性能的提高与上述Nb基 固溶合金基体所具有的优异氢透过分离性能相辅相成，长时间地发挥更 为优异的氢透过分离性能。本专利技术基于上述研究结果而完成，为一种氢透过分离薄膜(下文有 时称作"氢透过分离薄膜(I)"),其为包含Ni-Ti-Nb合金的氪透过 分离薄膜，其特征在于，上述Ni-Ti-Nb合金包含通过辊急冷法而获得的 厚度0.07mm以下的铸造箔材的调质热处理材料，具有下述(a)成分组 成和(b)的合金组织(a) 含有Nb: 10~47原子％、 Ti: 20~52原子％、余量包含Ni: 20~48原子％和不可避免杂质的成分组成，和(b) 在以包含Nb取代Ni-Ti金属间化合物中Ti的一部分的状态固 溶含有的Ni-Ti (Nb)金属间化合物的基体中，分散分布有在Nb中固溶 Ni和Ti而成的Nb基固溶合金的微细粒的合金组织。另外，本专利技术为一种氢透过分离薄膜(下文有时称作"氢透过分离 薄膜(II)"),其为包含Nb-Ti-Ni合金的氬透过分离薄膜，其特征在 于，上述Nb-Ti-Ni合金包含通过辊急冷法而获得的厚度0.07mm以下的 铸造箔材的调质热处理材料，具有下述(a，)成分组成和(b，)的合金 组织(a，)含有Ni: 10~32原子％、 Ti: 15~33原子％、余量包含Nb: 48~70原子％和不可避免杂质的成分组成，和(b，)在包含Nb中固溶Ni和Ti而成的Nb基固溶合金基体中，分 散分布有以Nb取代Ni-Ti金属间化合物中Ti的一部分的状态固溶含有 的Ni-Ti (Nb)金属间化合物的微细粒的合金组织。专利技术效果本专利技术的氢透过分离薄膜(I)通过具有高机械强度的基体Ni-Ti (Nb)金属间化合物，能够薄膜化至0.07mm以下的厚度，该薄膜化所 带来的氬透过分离性能的提高与作为微细粒均匀地分散分布于上述基 体中的Nb基固溶合金所发挥的优异氢透过分离性能相辅相成，当将其 用于各种化学反应装置中时，长期间地发挥优异的氬透过分离性能。另外，本专利技术的氢透过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢透过分离薄膜，其为包含Ｎｉ－Ｔｉ－Ｎｂ合金的氢透过分离薄膜，其特征在于，该Ｎｉ－Ｔｉ－Ｎｂ合金包含通过辊急冷法而获得的厚度０．０７ｍｍ以下的铸造箔材的调质热处理材料，具有下述（ａ）成分组成和（ｂ）的合金组织：　（ａ）含有Ｎｂ：１０～４７原子％、Ｔｉ：２０～５２原子％、余量包含Ｎｉ：２０～４８原子％和不可避免杂质的成分组成，和　（ｂ）在以包含Ｎｂ取代Ｎｉ－Ｔｉ金属间化合物中Ｔｉ的一部分的状态固溶含有的Ｎｉ－Ｔｉ（Ｎｂ）金属间化合物的基体中，分散分布有在Ｎｂ中固溶Ｎｉ和Ｔｉ而成的Ｎｂ基固溶合金的微细粒的合金组织。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：喜多晃一，青木清，石川和宏，
申请(专利权)人：三菱麻铁里亚尔株式会社，国立大学法人北见工业大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]