成果報告書詳細
管理番号20100000002025
タイトル平成17年度~平成21年度成果報告書 水素社会構築共通基盤整備事業 水素インフラ等に係わる規制再点検及び標準化のための研究開発 水素用アルミ材料の基礎研究
公開日2011/5/17
報告書年度2005 - 2009
委託先名社団法人日本アルミニウム協会 住友軽金属工業株式会社 三菱アルミニウム株式会社 古河スカイ株式会社 日本軽金属株式会社 株式会社神戸製鋼所 昭和電工株式会社
プロジェクト番号P05012
部署名燃料電池・水素技術開発部
和文要約 平成15、16年度の前事業で、水素の安全利用の拡大および高圧水素容器のライナー材などに使用するアルミニウム材料の標準化を目的として、高圧水素環境下での試験の代替として、安全かつ簡便な水蒸気分圧制御大気環境下低ひずみ速度(SSRT)試験法を開発するとともに、本試験法により水素脆化感受性評価データを取得したが、本事業ではこれを受けて、実際にアルミニウム合金がライナー材として使用されることを目指し、さらに詳細かつ多くのデータを取得した。この開発した試験法により得られたデータと高圧水素ガス実環境下でのSSRT試験データとを比較することにより、代替評価法としての有用性を示すとともに、本試験による脆化感受性データと水素の侵入・集積挙動との関係を調査し、基礎的な裏付けを行った。さらに、平成22年3月に予定されていた最高充填圧力を35MPaから70MPaに増加させるための新しい例示基準策定に対応し、自動車業界、容器メーカー、基準策定機関からのニーズ・情報を収集した。それを基に、容器の軽量化を目指し、最高充填圧力35MPaの例示基準JARI S-001,002で定められた6061合金よりも高強度の6000系・7000系合金について、湿潤環境下での引張および疲労試験により耐水素脆性を、大気中での引裂き試験によりLBB(Leak Before Burst)に直結する靭性を評価した。一方、これら取得データの基礎的バックグラウンドとして、水素マイクロプリント法、昇温脱離法、拡散の計算機シミュレーションなどにより、各条件下における材料中の水素の侵入・移動経路、水素侵入量、水素の状態の考察を行った。
 その結果、水蒸気分圧制御大気環境下と高圧水素ガス環境下での試験結果を比較することにより、70MPa水素ガス環境は相対湿度約25%の環境に相当する考えられた。水素の挙動を昇温脱離分析により基礎的に調査した結果、湿潤大気環境下でSSRT引張変形することにより、水素が侵入すると考えられた。強度、耐水素脆化性、LBB性を総合的に評価した結果、6061合金よりも過剰Si組成として高強度化した合金が、多くの6000系・7000系合金の中でライナー材として有望であると結論された。それを受けて、それに当たる試験材6061HS-T651を量産規模で作製し、JRCMグループの協力による90MPa高圧水素中での試験を始めとして、必要特性の評価を実施した。そして評価結果を平成22年3月の新例示基準策定に資するデータとして関係機関に提供し、意見公募実施に大きく貢献した。
英文要約Establishment of codes and standards for hydrogen economy society
~~ Fuel cell vehicles, Distributed fuel cell system installed into houses, Hydrogen infrastructures ~~ Basic Research on Aluminum-Based Materials for Hydrogen”.
In the previous project in 2003 and 2004 fiscal years, to enlarge the use of hydrogen in the society and to establish the standard for aluminum materials for the use of hydrogen such as high-pressure container, SSRT (Slow Strain Rate Technique) examinations under air environments with controlled humidity was developed as a safe and convenient testing method that is an alternative to the test under high-pressure hydrogen gas. Some data were acquired by this alternative assessment method. In succession of these results, more detailed and larger number of data have been acquired in the present project, aiming the actual utilization of the aluminum materials. The effectiveness of this assessment method has been ascertained by comparing the data on materials that are obtained in the developed SSRT test with those that are obtained under a real high-pressure hydrogen gas environment, and fundamental investigation on the behavior of hydrogen intrusion and accumulation has been made correlating the obtained results with the test data on hydrogen embrittlement. In addition, needs and information have been collected from automobile industry, a container producer and an institution for standardization, corresponding to a new standard planned in March 2010 for increasing the maximum filling pressure from 35MPa to 70MPa. Based on this, anti-hydrogen-embrittlement propertis and toughness directly correlated to LBB (Leak Before Burst) have been assessed respectively by means of SSRT tensile and fatigue tests under moist air atmosphere and of tear test under air, on 6XXX and 7XXX alloys with higher strength than the 6061 alloy standardized in the instance standard for the maximum filling pressure of 35MPa, JARI S-001 and S-002. As fundamental backgrounds for the obtained data, intrusion and migration path, intrusion amount and exsisting state for hydrogen in the material under each condition have been investigated by means of hydrogen microprint technique, thermal desorption spectroscopy and numerical diffusion simulation, etc.
It has been deduced that the atmosphere with hydrogen gas of 70MPa corresponds to the air atmosphere with relative humidity of 25%, by comparing the results obtained under the controlled-humidity air and high-pressure hydrogen gas. From the fundamental investigation on the hydrogen behavior by means of thermal desorption spectroscopy, hydrogen atoms have been thought to intrude the materials when they are deformed in the moist air. By totally assessing the strength, ant-hydrogen-embrittlement and toughness, alloys strengthened by exess addition of Si content than the 6061 alloy has been concluded to be promising among the many tested 6XXX and 7XXX alloys. Based on this, an alloy corresponding to the above conclusion, 6061HS-T651, has been fabricated in the mass production scale, and subjected to the assessment of the property needed for the liner such as tests under high-pressure (90MPa) hydrogen gas conducted under a cooperation of JRCM group. The resulting data have been submitted to the related institutions for establishing the new instance standard in March 2010, and greatly contributed to the conduction of the public coment collection.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る