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Development of hybrid material using plasma spraying and laser treatment for thermochemical water-splitting iodine-sulfur process

熱化学水素製造ISプロセス用のプラズマ溶射レーザー処理ハイブリッド材の開発

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之

Ioka, Ikuo; Kuriki, Yoshiro*; Iwatsuki, Jin; Kubo, Shinji; Inagaki, Yoshiyuki

熱化学水素製造法(ISプロセス)は、ブンセン反応とヨウ化水素、硫酸の熱分解からなる。この3つの反応を組み合わせて、水から水素を製造する。構造材料は、酸の熱分解は高温、高酸化性の厳しい環境に曝される。この腐食環境で十分な耐食性を有する材料としては、Fe-高Si合金, SiC, Si1$$_{3}$$N$$_{4}$$の脆性材料のみが報告されているが、脆性材料を構造材として単独で使うことは困難である。そこで、耐硫酸性と延性をもつハイブリッド材料の開発を進めている。本研究では、プラズマ溶射とレーザー処理により作製したハイブリッド材料について、腐食試験を行った。腐食試験後、表面の割れ状態に着目して、断面観察を光顕及びSEM/EDXにより実施した。表面層にはクラックが確認されたが、クラック先端の腐食は認められなかった。腐食速度は0.5mm/yであり、47%沸騰硫酸中でもハイブリッド材料が耐食性を有することを確認した。

IS process is composed of the Bunsen reaction, thermal decomposition of hydrogen iodide and thermal decomposition of sulfuric acid. By carrying out three reactions sequentially, water can be decomposed into hydrogen and oxygen. Evaluation of materials for the sulfuric acid decomposition has revealed that high silicon alloys have excellent corrosion resistance. The material is brittle, so it's difficult to use them independently as structural materials. So, we have developed a hybrid material with the corrosion-resistant and the ductility. In this work, the hybrid material was made by the plasma spraying and laser treatment. Corrosion tests on the hybrid material were carried out. The evaluation that paid attention to cracks of the surface layer was performed using OM and SEM/EDX. The surface of the hybrid material showed corrosion resistance in boiling 47% sulfuric acid though some cracks were observed in the surface layer from the cross section observation.

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