(57)【要約】【課題】  ハンドリング性に優れたＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を用いて、溶接により円筒状とした円筒状水素分離膜およびその製造方法を提供する。【解決手段】  水素透過相と耐水素脆性相との二相でなり、前記水素透過相と耐水素脆性相が塑性加工により伸展した組織を有するＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の端面同士を突き合せ溶接により円筒状に形成してなる円筒状水素分離膜である。  上記の円筒状水素分離膜は、総圧下率９５％以上の塑性加工を施してＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を得た後、該Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の端面同士を突き合せ溶接して円筒状に形成することで製造できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素透過相と耐水素脆性相との二相でなり、前記水素透過相と耐水素脆性相が塑性加工により伸展した組織を有するＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の端面同士を突き合せ溶接により円筒状に形成してなることを特徴とする円筒状水素分離膜。
【請求項２】
総圧下率９５％以上の塑性加工を施してＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を得た後、該Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の端面同士を突き合せ溶接して円筒状に形成することを特徴とする円筒状水素分離膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を膜分離して高純度水素を形成するのに用いられる円筒状水素分離膜およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、クリーンエネルギーとして燃料電池が注目されている。燃料電池の燃料である水素ガスは、自然界に多量に存在しないため、人工的に作り出さなければならない。
その方法の一つとして水の電気分解によって水素を得る方法があるが、現在の技術レベルではコストがかかりすぎる。そのため、現状では化石資源の改質によって水素が製造されている。
しかし、この化石資源の改質による方法では、水素と同時にＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の不純物ガスが発生する。特に、ＣＯガスは燃料電池の電極を被毒するため、化石資源の改質によって得られた水素を燃料電池で使用するためには、水素を不純物ガスから分離・精製して、高純度化しなければならない。
水素の精製方法としては、金属膜を用いた膜分離法が簡便で且つ高純度な水素を得る方法として知られている。現在、実用化されている水素分離金属膜はＰｄ−Ａｇ合金膜である。しかし、将来、燃料電池が広く使用されるようになれば、高価で希少なＰｄが制約となり、需要に対応することができないと予測される。したがって、Ｐｄ−Ａｇ合金に替わる新たな金属膜材料の開発が必要とされている。
【０００３】
新たな金属膜材料の一つとして注目されているＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金の耐水素脆性を改善する技術として、本発明者らは、国際公開第２０１１／１５２３６９号パンフレット（特許文献１）において、圧延により伸展した組織を有し、前記圧延により薄くなった厚さ方向であって前記圧延により伸展させた方向の断面の電子顕微鏡による５０μｍ×５０μｍの観察面における任意の１０μｍ×１０μｍの領域の前記水素透過相の割合が３５〜７０％である水素分離合金を提案した。
一方、特開２００８−１５５１１８号公報（特許文献２）において、Ｐｄ−Ａｇ合金膜で形成される水素分離膜としては、水素分離装置への組込みを容易にする等の理由から、円筒状に形成すること、ステンレス製のパンチングプレートによる支持部材の適用が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１５２３６９号パンフレット
【特許文献２】特開２００８−１５５１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の特許文献１で提案されるＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金製の水素分離合金においては、水素透過性能及び耐水素脆性といった水素分離合金そのものの特性を向上させる技術検討が行われているに過ぎなかった。
また、前記の特許文献２に開示される円筒状に形成した水素分離膜は、その内周側と外周側とを隔離することで、そのいずれかを導入側と排気側とに構成することができ、少ない空間で大面積の水素分離膜を配置できるという利点がある。
ところで、特許文献２においては、Ｐｄ−Ａｇ合金膜においては圧延した薄板をシーム溶接することで円筒状に形成している。円筒状とすることで水素分離膜に加わる応力を水素分離膜全体に均一化させることができ、水素分離膜の耐久性を向上させることができる。
しかし、全く組成系の違うＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金に対して、円筒状に形成するために、いかなる手法が有効であるか未だ検討されていなかった。また、円筒状とするために溶接を行う場合、端面同士が重なり合っていたり、溶接部に過度な出っ張りやへこみを有する溶接ビートが形成されると、溶接後の円筒状水素分離膜の外周端部に取り付ける封止金具との間に隙間が生じて、原料ガスのリークが発生するおそれがある。このような溶接部の形状についても何ら検討がなされていなかった。
本発明の目的は、ハンドリング性に優れたＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を用いて、溶接により円筒状とした円筒状水素分離膜およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の特性を評価し、円筒状水素分離膜の製造を検討し、以下の知見を得た。
（１）Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板は、重ね合わせ溶接であるシーム溶接ではなく、そのまま突き合せ溶接が可能であり、溶接部の段差の少ない円筒状水素分離膜が形成できる。
（２）微細組織を有するＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板に対して行う突き合せ溶接において、形成される突き合せ溶接部は、十分な強度とガス遮断性を有する。
（３）微細組織を有するＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板では、水素分離性能を高める焼鈍を行っても微細組織を維持できるとともに、Ｈｖ２００以上の硬さを有するため、特に補強をしなくても突き合せ溶接処理が可能である。
以上の知見をもとにして、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち本発明は、水素透過相と耐水素脆性相との二相でなり、前記水素透過相と耐水素脆性相が塑性加工により伸展した組織を有するＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の端面同士を突き合せ溶接により円筒状に形成してなる円筒状水素分離膜である。
また、本発明は、総圧下率９５％以上の塑性加工を施してＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を得た後、該Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の端面同士を突き合せ溶接して円筒状に形成する円筒状水素分離膜の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、溶接部に段差の少なく、溶接部に十分な強度を有する円筒状水素分離膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の断面顕微鏡写真である。
【図２】本発明のＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板溶接部の断面顕微鏡写真である。
【図３】本発明の円筒状の水素分離膜の外観写真及びその模式図である。
【図４】円筒状水素分離器の一例となる模式図である。
【図５】本発明の円筒状の水素分離膜の外観写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、上述した通り、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金による円筒状水素分離膜の有効な構成を見出したことにある。以下、詳しく説明する。
先ず、本発明においては、水素透過相と耐水素脆性相との二相でなり、水素透過相と耐水素脆性相が塑性加工により伸展した組織を有するＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を使用する。これにより、均一な溶接部と、ハンドリング性の良好な強度を得ることができる。
また、本発明では、端面同士を突き合せ溶接により円筒状に形成している。これにより、シーム溶接で必然的に発生する厚さ分の段差をなくすことができる。段差のない形状は溶接後の円筒状水素分離膜の外周端部に取り付ける封止金具との間に隙間が生じて、原料ガスのリークが発生することを防ぐことができる。そのため、円筒状水素分離容器とするための、部品組み立て時に円筒状水素分離膜のハンドリング性を向上させることができる。
また、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金は水素分離膜として使用中に脆化が起こる可能性があり、水素分離膜に対して応力が集中するのを避けることが有効である。そのため、突き合せ溶接は応力が集中する段差の発生を防ぐという点でも有効である。
また、本発明の製造方法においては、総圧下率９５％以上の塑性加工を施したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を使用する。これは、微細組織を得るための必要な総圧下率である。
以下、本発明の好ましい実施の形態を詳しく説明する。
【００１１】
先ず、本発明は水素透過相と耐水素脆性相との二相でなり、前記水素透過相と耐水素脆性相が塑性加工により伸展した組織を有するＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を用いる。
上記の金属組織とするには、例えば、熱間圧延、冷間圧延等の塑性加工を行ってＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金の水素透過相を伸展させ、且つ、水素透過相同士の間隔を狭くする。これにより、金属組織を均一とすることができる。その後、更に熱処理を行う。この熱処理を行うことで、図１に示すように、水素透過相を均一、且つ、微細とすることができ、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の板厚方向に水素を透過することができる経路を形成することができる。
【００１２】
上記の金属組織とするための代表的な製造方法を以下に記す。
本発明のＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金とは、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔｉの３つ元素を含有し、水素透過相と耐水素脆性相の二相からなる組成、または二相の共晶を形成する組成を有する合金を言う。このＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金は優れた水素透過能と優れた耐水素脆性を有していることから、水素分離膜に好適である。
具体的な組成の一例を示すと、下記のような組成を有する合金である。
Ｎｉ：１０〜５０原子％
Ｔｉ：１０〜６０原子％、
Ｎｉ＋Ｔｉ：８０原子％以下
残部：Ｎｂ及び不純物。
【００１３】
本発明では、上述の組成を有するＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金を溶解後に鋳造して鋳造材として、更に必要に応じて熱間鍛造を行って熱間圧延用素材とする。この熱間圧延用素材を用いて熱間圧延を行って熱間圧延材とし、更に、冷間圧延を行って冷間圧延材とする。
なお、熱間圧延は８００〜１０５０℃の温度範囲で行うのが好ましい。これは、この温度範囲であればＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金の動的再結晶が発生し、結晶粒微細化効果が得られること、またこの温度範囲であれば熱間での加工抵抗が低下するため、より容易に熱間圧延が可能となるためである。
また、水素透過性能は水素分離膜の厚さに反比例するため、水素分離膜の厚さを１ｍｍ以下にして使用するのが好ましい。そのため、熱間圧延を行った後、冷間圧延を行うことが好ましい。この冷間圧延を行うことにより、水素透過相の形状をより均一に層状とすることができる。層状の水素透過相は冷間圧延により、互いに接近し合い、一部が連続することもある。その結果、より優れた耐水素脆性を得ることができるようになる。
図１に示すような金属組織を得るには、総圧下率が９５％以上必要である。総圧下率が９５％未満であると、層状の水素透過相同士がそれぞれ独立した状態で存在しやすく、水素透過性が不十分となる。なお総圧下率とは下記の式で表される値である。
総圧下率＝（ｔｉ−ｔｍ）／ｔｉ×１００
（ｔｉ：鋳造時の合金塊の厚さ、ｔｍ：最終圧延後の板厚）
なお、冷間圧延の条件は熱間圧延材の厚み、冷間圧延後の冷間圧延材の厚みにより適宜決定するが、冷間圧延により加工硬化が起こるので、冷間圧延の途中で８００〜１１００℃の温度で焼鈍を行い、冷間圧延中間素材を軟化させて、再び冷間圧延を行うことが好ましい。
【００１４】
次に、上述した冷間圧延材に対して、更に８００〜１０５０℃の非酸化性雰囲気中で焼鈍を行う。焼鈍を行うことにより、冷間圧延で接近し合った層状の水素透過相同士をより確実に連続させ、板厚方向に水素を透過する経路を形成することができる。また、冷間圧延による歪は水素を捕捉するサイトとして働くため、十分な水素透過性能を得ることができないため、焼鈍を行って歪を除去する。
このときの焼鈍温度が８００℃未満である場合、冷間圧延によって生じた歪を十分に除去することができにくい。また、焼鈍温度が高いほど、冷間圧延によって生じた歪を除去しやすくなるものの、１０５０℃以上となると冷間圧延によって得られた均一に層状な水素透過相が粗大な粒形状へと成長し、不均一で水素透過相が粗大化した合金組織になりやすくなる。この場合、水素吸放出に伴う結晶格子の膨張及び収縮によって水素透過相と耐水素脆性相との間に発生する応力が局所的に集中するようになり、耐水素脆性が低下する。そのため、本発明の焼鈍温度を８００〜１０５０℃とする。好ましい焼鈍温度の下限９００℃であり、好ましい上限の温度は１０００℃である。
また、本発明で行う焼鈍の雰囲気は、酸化等による合金の脆化を防止するため、水素等の還元性雰囲気、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気、真空雰囲気等、非酸化性雰囲気中で行なうのが好ましい。
【００１５】
なお、前記焼鈍工程を非酸化性雰囲気にて行っていても、実際には合金中に含まれる酸素や雰囲気中の微量酸素の影響によって、焼鈍材の圧延面には酸化層が形成される。この酸化層は水素を透過させ難くする障壁として働くため、酸化層が残存した水素分離膜は水素透過能が低下する。このため、前記焼鈍材の圧延面に形成された酸化層を除去する。このとき、本発明の焼鈍後のＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板表面にはＴｉやＮｂ酸化層が形成される。この酸化層は、化学的に除去しようとすると、フッ酸等の特殊な溶液を用いても完全に除去することは困難である。そのため、例えば、研削や切削等によって物理的に酸化層を除去する。これにより、優れた水素透過能を発現させることができる。
【００１６】
本発明では、前述の酸化層を除去したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の端面同士を突き合わせ溶接して円筒状に形成するが、前記酸化層を除去した面にＰｄを成膜してＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板とするのが好ましい。
水素分離膜では、その一方の表面において水素分子を水素原子に解離させ、水素分離膜中に水素原子を固溶させると同時に、もう一方の表面において水素原子同士を再結合させて水素分子を放出することによって水素を透過させる。この水素分子と水素原子間の解離／再結合の過程においてその反応を促進する触媒効果が水素分離膜表面に必要である。
Ｐｄは水素分子と水素原子間の解離／再結合反応を促進する触媒効果を有しており、酸化層を除去する面とＰｄを形成する面はＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の両方の表面としたＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板とするのが好ましい。Ｐｄの成膜方法としてはスパッタリングやめっき等種々の方法を用いることができる。
なお、Ｐｄの成膜はめっきにより行うのが好ましい。これは、酸化層を除去したコイル状の焼鈍後のＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を巻出しながら連続的に成膜処理が可能となるため、生産性を向上させることができるためである。
【００１７】
前記のＰｄ成膜を行ったＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板は広幅の薄板形状であり、これを任意の大きさに切断して成膜材の端面同士を溶接することで、任意の径を有する円筒状水素分離膜を得ることができる。
この接合としては、溶接部に過度な出っ張りやへこみを有する溶接ビートの形成を防止可能な手法を採ることが好ましく、例えば、プラズマ溶接、レーザ溶接等を用いることができる。また溶接工程においては水素分離膜の溶接個所における酸化を防ぐため、ガスシール溶接とするのが好ましい。また端面同士の溶接は、圧延方向の端面同士を溶接することがより好ましい。これはコイル状の素材を巻き出しながら、その長手方向の端面同士を溶接することで、効率よく連続的に円筒状の水素分離膜を作製できるためである。
【００１８】
更に本発明では、例えば図４に示すように前記の円筒状水素分離膜の製造方法で得られた円筒状の水素分離膜６の内側、或いは／更に、外側に円筒状の耐水素脆性合金製のポーラス体７を接着させて円筒状水素分離器８とすることができる。
本発明においては、上述の溶接方法により、溶接部の形状を平坦とすることができるため、円筒状水素分離器の組立てが容易である。
水素分離膜は薄い膜状を保持したまま、高圧水素中で用いられるため、水素脆化に伴う強度低下による膜破壊を防ぐことが求められる。そのため、円筒状水素分離膜に耐水素脆性合金で作製されたポーラス体を接着させて円筒状水素分離器とすることにより、前記ポーラス体が補強材の役割を果たし、水素分離膜にかかる応力を低減することで、円筒状水素分離膜の水素脆化に伴う強度低下による膜破壊を抑制し、結果として円筒状水素分離器の耐久性を向上させることができる。
なおポーラス体の材質としては例えばＳＵＳ３１６Ｌのような一般的な耐水素脆性合金を用いることができる。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
（実施例１）
真空誘導溶解によって、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金の鋳造材を作製した。鋳造材の組成は、Ｎｂ：４０．１原子％、Ｎｉ：２９．１原子％、Ｔｉ：３０．８原子％であり、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金鋳造材は厚さ７５ｍｍ、幅７５ｍｍ、長さ１４０ｍｍであった。
得られたＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金の鋳造材を９００℃にて熱間鍛造を行った後、９００℃にて熱間圧延を行い、板幅が１０５ｍｍ、板厚が３ｍｍとなるＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金熱間圧延材を得た。Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金熱間圧延材の酸化被膜を研削によって除去した後、冷間圧延を行い、板幅が１１０ｍｍ、板厚が０．１ｍｍとなるＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金冷間圧延材を得た。なお、冷間圧延工程の途中で加工硬化による圧延加工性の低下が見られたため、９００℃にて中間焼鈍を施し、再度冷間圧延を行った。総圧下率は９９．８７％である。
【００２０】
得られたＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金冷間圧延材を真空中で９００℃、２４時間の焼鈍を行い、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板を得た。焼鈍したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板から組織観察用試験片を切り出し、圧延面に対して直角方向で、且つ、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板の長さ方向が観察面となるようにした。観察は走査型電子顕微鏡で行い、その結果を図１に示した。
図１に示すように、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板は、白色の水素透過相１と灰色の耐水素脆性相２との二相でなり、水素透過相と耐水素脆性相が塑性加工により伸展し、且つ、微細な水素透過の経路となる水素透過相同士が互いに連続した箇所を有する均一な組織であることが分かる。なお、併せて硬さ測定を行った結果、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板の硬さは２１０Ｈｖであり、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板自体が有する強度により、円筒状に加工する際に強度不足に起因するしわや折れ等の発生を防止可能なハンドリング性を有するものであった。
【００２１】
予備実験として、上記の焼鈍したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板から、幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの溶接用試験片をシア切断により採取し、その切断面（端面）同士をプラズマ溶接機を用いて突合せ溶接を行った。プラズマ溶接は、薄い板厚にも適用でき、溶接幅を小さく抑えることができるマイクロプラズマ溶接機を用いた。溶接条件は、電流値６Ａ、溶接速度を５５０ｍｍ／分であり、水素分離膜の酸化を抑制するためにＡｒガスをシールドガスとして用いた。溶接後の断面顕微鏡写真を図２に示す。
図２に示すように、溶接部３、熱影響部４、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板母材５には、殆ど溶接による段差のような凹凸は見られず、ほぼ平坦な断面であることが分かる。また、溶接部には空隙などの箇所は一切見られず、水素ガス以外のガスに対して十分なガス遮断性を有することが分かる。なお、溶接部の断面組織は溶接の中央に対して左右対称であるため、図２では溶接の右側のみ示し、左側は省略している。
さらに、溶接部３、熱影響部４、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板母材５の硬さを測定したところ、溶接部の硬さが２３６Ｈｖ、熱影響部の硬さが２２１Ｈｖ、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板母材の硬さが２０７Ｈｖであった。このことから、特に溶接部の強度が劣化していないことも分かる。
次に溶接部の靭性と強度を確認するため、溶接したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板から幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍの試験片を切り出し、直径１０ｍｍの丸棒に巻き付けて、溶接部に曲げ応力を加えたところ、溶接部、熱影響部共に、全く割れ等の問題も発生せず、十分な靭性と強度を有することを確認した。
【００２２】
以上の予備実験の結果、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板は、
（１）板厚方向に水素を透過可能な金属組織を有すること、
（２）２００Ｈｖ以上の硬さを有し、円筒形状加工等のための十分な強度（ハンドリング性）を有すること、
（３）溶接部に段差の少なく、溶接部には十分な強度と靭性を有すること、
が確認された。
そのため、上記予備実験と同じ冷間圧延材の焼鈍材を用いて円筒状水素分離膜を作製した。
【００２３】
先ず、上述の冷間圧延材に焼鈍したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板から、板幅が９５ｍｍ、長さが１００ｍｍとなるように切断し、圧延方向の長手方向の端面同士を突き合わせ、プラズマ溶接にて溶接することで、長さ１００ｍｍ、内径が３０ｍｍとなるＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金の円筒状水素分離膜を作製した。
プラズマ溶接は、薄い板厚にも適用でき、溶接幅を小さく抑えることができるマイクロプラズマ溶接機を用いた。溶接条件は、電流値６Ａ、溶接速度５５０ｍｍ／分であり、水素分離膜の酸化を抑制するためにＡｒガスをシールドガスとして用いた。作製した円筒状水素分離膜の外観写真（図３（ａ））とその模式図（図３（ｂ））を示す。
図３に示した通り、形状、溶接部ともに問題なく、円筒状水素分離膜を作製することができた。
【００２４】
次に、好ましい形態であるＰｄを成膜した一例について説明する。
（実施例２）
予備実験として、上述の冷間圧延材を焼鈍したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の表面に形成された酸化層を研削により除去した。その後、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板の両面にスパッタ装置を用い、厚さ２００ｎｍのＰｄを成膜した。
上記のＰｄ成膜したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板から、幅９５ｍｍ、長さ２００ｍｍの溶接用試験片をシア切断により採取し、その切断面（端面）同士をプラズマ溶接機を用いて突合せ溶接を行った。プラズマ溶接は、薄い板厚にも適用でき、溶接幅を小さく抑えることができるマイクロプラズマ溶接機を用いた。溶接条件は、電流値６Ａ、溶接速度を５５０ｍｍ／分であり、水素分離膜の酸化を抑制するためにＡｒガスをシールドガスとして用いた。
溶接後の硬さは溶接部が３３５ＨＶ、熱影響部の硬さが３００ＨＶであった。なお、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板母材の硬さは２０７Ｈｖであり、２００ＨＶ以上の硬さを有するものであった。金属組織自体は、上述の実施例１（図２）と同様の金属組織であり、差異は確認できなかった。
Ｐｄ成膜後の溶接部および熱影響部の硬さが、上述の実施例１で示す焼鈍後の硬さよりも高くなったのは、Ｐｄが基地に固溶したものと考えている。
【００２５】
更に、前記の突合せ溶接を行ったＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を用い、溶接部の引張強度を測定した。引張試験片は板厚０．１ｍｍ、平行部幅５ｍｍ、平行部長さ２５ｍｍであり、平行部長さのほぼ中央付近に溶接部が存在するように製作した。なお、Ｎｏ．３およびＮｏ．４は比較のため、母材から試験片を製作したものである。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１の結果から、溶接したときの引張強度と、Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金母材から採取した引張強度とほぼ同じであり、強度低下がみられないことを確認した。また、Ｎｏ．１の試験片では、溶接部以外の箇所（合金板の母材部）で破断しており、このことからも溶接部の強度が十分強いことが分かる。
また、溶接部の靭性と強度を確認するため、前述の実施例１と同様に、溶接したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金板から幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍの試験片を切り出し、直径５ｍｍの丸棒に巻き付けて、溶接部に曲げ応力を加えたところ、溶接部、熱影響部共に、全く割れ等の問題も発生せず、十分な靭性と強度を有することを確認した。
【００２８】
Ｐｄを成膜したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板を用いて、円筒状水素分離膜を作製した。
先ず、上述のＰｄ成膜まで施したＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板から、板幅が９５ｍｍ、長さが２００ｍｍとなるように切断し、圧延方向の長手方向の端面同士を突き合わせ、プラズマ溶接にて溶接することで、長さ２００ｍｍ、内径が３０ｍｍとなる円筒状水素分離膜を作製した。
プラズマ溶接は、薄い板厚にも適用でき、溶接幅を小さく抑えることができるマイクロプラズマ溶接機を用いた。溶接条件は、電流値６Ａ、溶接速度を５５０ｍｍ／分であり、水素分離膜の酸化を抑制するためにＡｒガスをシールドガスとして用いた。作製した円筒状水素分離膜の外観写真を図５に示す。図５に示すように、形状、溶接部ともに問題なく、円筒状水素分離膜を作製することができた。
【００２９】
以上の結果から、本発明の円筒状水素分離膜は２００ＨＶ以上の硬さを有することから円筒状に加工するのに十分な強度を有するものである。また、従来検討されていなかったＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金を素材として円筒状に形成できることが確認されたため、今後ますますＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金を用いた水素分離膜の適用の広がりが期待できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  水素透過相
２  耐水素脆性相
３  溶接部
４  熱影響部
５  Ｎｂ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金板母材
６  円筒状の水素分離膜
７  ポーラス体
８  円筒状水素分離器
【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５】
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