成果報告書詳細
管理番号20130000000470
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発 水素ステーション機器要素技術に関する研究開発 水素用アルミニウム材料の評価・開発(2)
公開日2013/10/29
報告書年度2010 - 2012
委託先名日本軽金属株式会社
プロジェクト番号P08003
部署名新エネルギー部
和文要約平成22年度-平成24年度成果報告書 水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発 水素ステーション機器要素技術に関する研究開発 水素用アルミニウム材料の評価・開発(2)

 燃料電池自動車用水素容器のバルブハウジングは,軽量化・低コスト化のニーズが高い。現状はステンレスを使用しているため,重たく,切削加工時間が長く,生産コスト高の課題がある。そこで,切削しやすく生産コストが低く,しかも軽量,水素脆化しないアルミニウム素材の開発を行った。開発目標は現行の6061合金の中の高強度材(6061HS)と同程度の押出性,切削性,耐水素脆化性を備え,0.2%耐力が15%高い合金を開発することとした。
 平成23年度までは設計した6種類の合金組成をラボ試作し組織調査及び基本特性の評価を実施した。特性評価の結果,NO.6合金が目標強度を上回った。目標強度を満足したNO.6合金の切削性を評価した結果,6061合金より良好な切削性を有していることを確認した。
 平成24年度は材料の基本特性の追加調査として,社団法人日本ガス協会が作成した圧縮天然ガス自動車燃料装置用容器の技術基準に基づき耐食性(耐応力腐食割れ性および粒界腐食)評価を実施した。応力腐食割れ試験の結果,開発した合金No.6は応力腐食割れ試験3か月後も割れが観察されず,耐応力腐食割れ性に優れることを確認した。
 粒界腐食試験は,冷間加工によって,一方向に延伸している結晶構造をもつ合金の場合は,試験後の最大腐食深さが0.1mm越えないこととされているが,熱間加工である押出材No.6合金の粒界腐食試験の結果,最大腐食深さ0.175mm見られた。今回の試験は熱間加工材での試験であり,今後はバルブハウジングに加工した状態での調査が必要と考える。水素脆性評価は茨城大学で実施した。その結果,NO.6合金では水素脆化が認められなかった。
 以上、現行の6061合金の中の高強度材(6061HS)と同程度もしくはそれ以上の押出性,切削,耐応力腐食割れ性,耐水素脆化性を備え,0.2%耐力が380MPa以上の合金を開発した。
英文要約Title:Development of Technologies for Hydrogen Production, Delivery and Storage Systems. Research and Development of Elemental Technologies for Hydrogen Station Components. Assessment and Development of Aluminium Materials for Hydrogen (FY 2010-FY2012) Final Report(2)

Currently, the material used for a hydrogen container valvehousing of fuel cell vehicle is stainless steel, which is heavy, hard to process, and expensive to produce. It is necessary to reduce the weight and the production cost. To solve these problems, we have developed an aluminum alloy material which is easy to drill and habving low production cost, lightweight, and free from hydrogen embrittlement. Between FY 2010 and FY 2011, we have been searching for an aluminum alloy which can achieve 15% greater performance of 0.2% proof stress than 6061 aluminum alloy, while keeping the required performance (including extrudability, machinability, corrosion resistance, and hydrogen embrittlement resistance) as 6061 aluminum alloy.
By FY 2011, we have finished the manufacture of 6 aluminum alloy samples which have different composition, and the investigation of tensile properties and machinabilities of 6 aluminum alloy samples. In these samples, No.6 alloy has achieved target 0.2% proof stress (>380MPa), and the alloy also has better machinability than 6061.
In FY 2012, as an additional investigation of the basic properties of No.6 alloy, corrosion-resistant (stress-corrosion-cracking and grain boundary corrosion) evaluation was carried out. This evaluation based on the technical standard of the container for natural-gas automobile created by Japan Gas Association.
After three months’ stress-corrosion-cracking examination, crack was not observed. Therefore, No.6 alloy has an excellent property in stress-corrosion-cracking-resistance.
Under grain boundary corrosion test, maximum corrosion depth of No.6 alloy which was hot processed was 0.175mm. Based on the technical standard, the maximum corrosion depth after a grain boundary corrosion test should be less than 0.1mm. It is supposed that an investigation of No.6 alloy which is processed into the valve housing is necessary. Hydrogen embrittlement evaluation was carried out by Ibaraki University. As a result, hydrogen embrittlement was not observed on this evaluation.
As mentioned above, No.6 alloy which has a high strength (more than 15% stronger than 6061 alloy.) It also has a good machinability, stress-corrosion-cracking-resistance, and hydrogen embrittlement resistance.
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