(57)【要約】【課題】金属材料の物性などを変化させることなく、より迅速に金属構造体より吸蔵されている水素が放出できるようにする。【解決手段】ステップＳ１０１で、金属構造体の表面に電解液を接触させる（第１工程）。電解液は、金属を構成する金属の腐食および電解液が接触している金属構造体の表面に還元生成物の析出が起こらない溶液から構成する。電解液は、例えば、濃度１００ｍＭのＮａＯＨ水溶液であればよい。次に、ステップＳ１０２で、金属構造体に水素が電気化学的に酸化される範囲の電圧を印加する（第２工程）。例えば、１００ｍＶ程度の電圧を印加すればよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属構造体の表面に電解液を接触させる第１工程と、
水素が電気化学的に酸化される範囲の電圧を前記金属構造体に印加する第２工程と
を少なくとも備え、
前記電解液は、前記金属構造体を構成する金属の腐食および前記電解液が接触している前記金属構造体の表面に還元生成物の析出が起こらない溶液から構成する
ことを特徴とする脱水素方法。
【請求項２】
請求項１記載の脱水素方法において、
前記電解液中に前記金属構造体を浸漬することで、金属構造体の表面に電解液を接触させることを特徴とする脱水素方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材などの金属中より吸蔵されている水素を放出させる脱水素方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属はある使用環境において水素を含むと延性が失われ、強度が著しく低下する場合があることが報告されている（非特許文献１参照)。この現象は水素脆化と呼ばれている。金属の水素脆化を引き起こす水素は、酸洗浄およびめっき処理などの金属の製造過程で発生する場合がある（非特許文献２参照）。このため、金属の製造過程において、水素を放出させる過程がある。例えば、大気中に保管することで、吸蔵された水素を金属中より外方に放出させる方法がある（非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】南雲  道彦、「鋼の力学的挙動に及ぼす水素の影響」、鉄と鋼、Tetsu-to-Hagane、Vol.90、No.10、pp.766-775, 2004．
【非特許文献２】材料の組成と特性部会  高強度鋼の遅れ破壊研究会、「遅れ破壊解明の新展開」、社団法人  日本鉄鋼協会、２３６〜２４１頁、１９９７年発行。
【非特許文献３】萩原  行人,菖蒲  敬人,久森  紀之,鈴木  啓史,高井  健一,平井  敬二、「Ｖ添加高強度鋼のＣＳＲＴによる遅れ破壊特性評価と水素トラップ挙動」、鉄と鋼、vol.97, no.3, 2011.
【非特許文献４】吉沢  四郎，鶴田  孝雄，山川  宏二、「鉄鋼材料の水素含有量の電気化学測定法におけるニッケル被覆法の開発」、防食技術、２４巻、５１１〜５１５頁、１９７５年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような水素の脱ガス（脱水素）は、より高温の条件で処理を行うことで、より短時間で行うことができる。しかしながら、対象とする金属材料によっては、処理温度が高いために物性が変化する場合がある。これを防ぐためには、室温（２０℃程度）に近い温度で大気中に保管することになるが、この条件では、ある程度の水素濃度までは脱水素が短時間で進行するが、これ以降は水素の放出速度が遅くなることが判明している（非特許文献３参照）。このように、より高速に脱水素を行うために高温にすると、金属材料の物性を変化させる場合があり、一方、物性などを変化させないように低温の条件では、脱水素に時間を要するという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、金属材料の物性などを変化させることなく、より迅速に金属構造体より吸蔵されている水素が放出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る脱水素方法は、金属構造体の表面に電解液を接触させる第１工程と、水素が電気化学的に酸化される範囲の電圧を金属構造体に印加する第２工程とを少なくとも備え、電解液は、金属構造体を構成する金属の腐食および電解液が接触している金属構造体の表面に還元生成物の析出が起こらない溶液から構成する。例えば、電解液中に金属構造体を浸漬することで、金属構造体の表面に電解液を接触させればよい。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したことにより、本発明によれば、金属材料の物性などを変化させることなく、より迅速に金属構造体より吸蔵されている水素が放出できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における脱水素方法を説明するフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における脱水素方法を実施するための装置の構成を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における脱水素方法の効果確認の実験に用いた装置の構成例を示す構成図である。
【図４】図４は、脱水素の実験において鋼材２０１と第２対極２３３との間に流れる電流を測定した結果を示す特性図である。
【図５】図５は、脱水素の実験における鋼材２０１における水素吸蔵量の変化を模式的に示す説明図である。
【図６】図６は、非特許文献３のFig.8.に示された温度と水素の放出速度の関係で表される放出曲線である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における脱水素方法を説明するフローチャートである。まず、ステップＳ１０１で、金属構造体の表面に電解液（電解質溶液）を接触させる（第１工程）。電解液は、金属構造体を構成する金属の腐食および電解液が接触している金属構造体の表面に還元生成物の析出が起こらない溶液から構成する。電解液は、例えば、濃度１００ｍＭのＮａＯＨ水溶液であればよい。
【００１０】
次に、ステップＳ１０２で、水素が電気化学的に酸化される範囲の電圧を金属構造体に印加する（第２工程）。例えば、１００ｍＶ程度の電圧を、金属構造体に印加すればよい。
【００１１】
例えば、図２に示すように、容器１０１に収容した電解液１０２中に、対象となる金属構造体１０３を浸漬して金属構造体１０３の表面に電解液１０２を接触させ、また、電解液中に対向電極１０４を浸漬し、電圧印加部１０５により金属構造体１０３と対向電極１０４との間に所定の電圧を印加する。
【００１２】
上述した実施の形態によれば、より迅速に金属構造体より吸蔵されている水素が放出できるようになる。また、加熱などをする必要がなく、金属材料の物性などを変化させることがない。上述した実施の形態では、金属構造体表面の水素が、電圧印加により還元されてイオン化するため、金属構造体表面の水素濃度は、実質的に０となる。これにより、金属構造体では、吸蔵している水素濃度を均一にしようとするために金属構造体中の水素が表面に移動し、金属構造体から外部への水素の放出が速やかに進行するようになる。
【００１３】
大気中に保管（放置）することで、吸蔵された水素を金属構造体中より外方に放出させる方法において、放出速度が遅くなる原因について、発明者らの鋭意検討の結果、次に示すことを見いだし、本発明に至った。まず、金属構造体表面の水素と金属構造体内部の水素とが平衡状態にあることに、放出速度が遅くなる原因があるものと考えた。水素の放出過程が表面に吸着した状態の水素の再結合によって進行するため、金属構造体中の水素濃度がある程度まで低下すると、金属構造体表面の水素濃度が低くなり、表面上における水素の再結合が進みにくくなる。この結果、金属構造体中の水素が表面に移動しにくくなり、外部に放出されにくい状態が作られてしまう。
【００１４】
これに対し、本発明では、前述したように、強制的に金属構造体表面の水素濃度を０とし、金属構造体中の水素を表面に移動させるようにしているので、より迅速に水素の放出ができるようになる。
【００１５】
次に、脱水素について実際に行った実験および実験の結果について説明する。
【００１６】
［実験１］
まず、実験の実施において用いた測定装置について図３を用いて説明する。この測定装置は、実験対象の鋼材２０１と、容器２０２，容器２０３を備える。容器２０２には、第１電解質溶液２２１が収容され、第１電解質溶液２２１には、第１参照電極２２２および第１対極２２３が浸漬されている。第１電解質溶液２２１は、例えば、１％チオシアン酸アンモニウムを含む０．１ＭのＮａＯＨ水溶液である。
【００１７】
一方、容器２０３には、第２電解質溶液２３１が収容され、第２電解質溶液２３１には、第２参照電極２３２および第２対極２３３が浸漬されている。第２電解質溶液２３１は、例えば、１００ｍＭの水酸化ナトリウム水溶液である。各参照電極には、例えば、飽和ＫＣｌ溶液のＡｇ／ＡｇＣｌ電極を用いればよい。また、各対極は、例えば、Ｐｔから構成すればよい。
【００１８】
また、鋼材２０１は、対向する一方の面が、容器２０２の開口部２０２ａにおいて第１電解質溶液２２１に接触し、対向する他方の面が、容器２０３の開口部２０３ａにおいて第２電解質溶液２３１に接触している。鋼材２０１は、板厚が１ｍｍで平面視１０ｍｍ×１０ｍｍの矩形の鋼板である。
【００１９】
各電極における電位制御および電流測定は、ポテンショスタットを用いればよい。図３に示すように、第１参照電極２２２および第１対極２２３は、ポテンショスタット２２４に接続し、第２参照電極２３２および第２対極２３３は、ポテンショスタット２３４に接続する。また、作用電極となる鋼材２０１は、ポテンショスタット２２４およびポテンショスタット２３４に接続する。
【００２０】
上述したように各電極を各ポテンショスタットに接続し、例えば、ポテンショスタット２２４により鋼材２０１と第１参照電極２２２との間に、−１２００ｍＶ（vs.Ag/AgCl）の電位を印加することで、開口部２０２ａにおける鋼材２０１の表面から鋼材２０１中に水素を侵入させることができる（水素侵入条件）。
【００２１】
一方、ポテンショスタット２３４により鋼材２０１と第２参照極２３２との間に、＋１００ｍＶの電位を印加することで、開口部２０３ａにおける鋼材２０１の表面から水素を引き抜くことができる（脱水素条件）。なお、第２電解質溶液２３１の液温は、例えば、２０℃程度としておけばよい。
【００２２】
上述した構成において、まず、上記水素侵入条件を７２時間保持し、鋼材２０１に対して水素を侵入させた。
【００２３】
この後、上記脱水素条件で鋼材２０１より水素を引き抜いた。上記脱水素条件において、ポテンショスタット２３４により、鋼材２０１と第２対極２３３との間に流れる電流を測定した結果を図４に示す。図４において、縦軸は、いわゆる透過電流密度であり、引き抜いた水素量に相当する。また、図４において、横軸は、上記脱水素条件を保持した時間であり、水素の引き抜き時間である。
【００２４】
透過電流密度は、水素の拡散係数と透過側における表面直下の水素の濃度勾配（ｄＣ／ｄｘ）の積で表せるため、透過電流密度が０になることは，図５の（ｄ）に示すように鋼材２０１における水素吸蔵量が０になったことを意味する。なお、図５において、鋼材２０１における水素吸蔵量は、灰色で示し、図５では、（ａ）から（ｂ），（ｃ）を経て、（ｄ）にかけて水素吸蔵量が減少している状態を示している。
【００２５】
従って、図４に示す結果より、本発明により鋼材２０１の脱水素に要した時間は６時間と読み取ることができる。一方、実験条件など異なるものの、非特許文献４の技術においては、図６に示すように水素量がある量まで低下するまでに２週間（２Ｗ）要していることと比較すると、格段に脱水素の完了時間が短縮されたことがわかる。
【００２６】
なお、上述した実験では、脱水素条件として、電解液は１００ｍＭの水酸化ナトリウム水溶液とし、また、金属構造体に印加する電位を＋１００ｍＶと設定したが、これに限るものではない。電解液は、金属を腐食させ、また、水素を発生させる電解液や電位を印加することで金属表面にめっきを造るなど、表面状態を著しく変化させるものでなければよい。例えば、電解液は、上述した水酸化ナトリウムのようなアルカリ水溶液であれば実施可能である。
【００２７】
また、金属構造体に印加する電位は、金属構造体中（表面）の水素の酸化に十分な電位であればよい。ただし、過剰な電位付加は、金属構造体の表面状態を著しく変化させるため、印加する電位は、−１００〜＋３００ｍＶ（vs.SCE）程度に抑えることが妥当である（非特許文献４参照）。
【００２８】
以上に説明したように、本発明によれば、金属構造体の表面に電解液を接触させて、金属構造体に水素が電気化学的に酸化される範囲の電圧を印加するようにしたので、金属構造体を高温に加熱する必要がなく、金属材料の物性などを変化させることなく、より迅速に金属構造体より吸蔵されている水素が放出できるようになる。本発明によれば、２０℃程度の常温状態で、金属構造体より短時間で脱水素ができる。また、本発明によれば、金属構造体の電解液を接触させている領域を選択的に脱水素することができる。
【００２９】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００３０】
１０１…容器、１０２…電解液、１０３…金属構造体、１０４…対向電極、１０５…電圧印加部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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