高圧下における遷移金属-水素系の融解

Melting of transition metal-hydrogen systems under high pressure

片山 芳則; 齋藤 寛之; 青木 勝敏

Katayama, Yoshinori; Saito, Hiroyuki; Aoki, Katsutoshi

水素は多くの金属と反応し、金属水素化物を形成する。遷移金属では、一般に水素は金属格子の隙間に固溶して侵入型合金を形成し、結晶格子を大きく膨張させる。チタンやバナジウムなどの前期遷移金属は、常圧でも水素化されTiHやVHといった高濃度の水素化物が形成される一方、鉄やニッケルは常圧ではほとんど水素化されない。しかしながら、鉄やニッケルでも、高水素圧下では水素化が起き、例えば鉄の場合は、融点が5GPa付近で約500C程度低下する。われわれは、高圧下の液体金属が水素を多量に溶け込ませる可能性を調べるため、約4GPaの高圧下で水素源とともに遷移金属を加熱してX線回折測定を行った。これまで実験を行ったチタン,バナジウム,マンガン,鉄,コバルト,ニッケルのうち、チタン,バナジウム以外では融解が試料容器として用いたNaClの融点以下で確認された。

Hydrogen reacts with many kinds of metals and forms metal hydrides. Early transition metals such as Ti and V form hydrides while solubility of hydrogen in other transition metals such as Fe and Ni is low at ambient pressure. However, Fe and Ni absorb hydrogen under high pressure conditions. To study liquid state of transition metal-hydrogen systems, we have performed X-ray diffraction measurements under high-pressure high-temperature conditions for Ti, V, Mn, Fe, Co and Ni. The sample was heated together with hydrogen source at about 4 GPa. We did not observed clear melting for TiH and VH while we measured X-ray diffraction of liquid transition-hydrogen alloy for Mn, Fe, Co and Ni.