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論文

Development of container using plasma sprayed and laser treated material for sulfuric acid decomposition of thermochemical water-splitting iodine-sulfur process

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之; 坂場 成昭

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 5 Pages, 2019/05

熱化学水素製造法ISプロセスは、大規模水素製造法の候補の一つとして研究開発が進められている。ISプロセスの硫酸を蒸発・ガス化し、熱分解する工程の腐食環境は過酷であり、その環境に耐える機器材料にはセラミックスが用いられている。本研究では、脆性材料であるセラミックスを代替し得る、表面改質技術を用いて耐硫酸性と延性を兼ね備えるハイブリッド材料の開発を狙いとしている。プラズマ溶射技術とレーザー溶融処理技術の組み合わせより試作したハイブリッド材料試験片は、95%沸騰硫酸中で十分な耐食性を示した。これは、表面に形成させた高Si濃度の耐食層が硫酸環境で酸化し、接液面にSiO$$_{2}$$層が生成したためと考えられる。さらに、本技術による容器の製作性を確認するため、溶接部,面取り部,曲面の容器形状要素を有する容器状構造体を試作したところ、表面に形成させた耐食層に剥離等の欠陥は認められなかった。

口頭

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

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之

no journal, , 

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。

口頭

熱処理による耐硫酸用プラズマ溶射レーザー処理材料の耐食性の改善

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之; 坂場 成昭

no journal, , 

熱化学水素製造法(ISプロセス)は、大規模水素製造方法の有力な候補の一つである。ISプロセスには、硫酸を熱分解する厳しい環境が含まれている。ISプロセスの実用化を目指して、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。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は、95%沸騰硫酸中で十分な耐食性を有したが、47%沸騰硫酸中では腐食速度が50倍程度増加した。この原因は、表面の割れが十分に封止されなかったためと考えられる。47%沸騰硫酸中での耐食性を高めるため、ハイブリッド材料に大気中800$$^{circ}$$C, 900$$^{circ}$$Cでの酸化処理を施した。酸化処理材の47%沸騰硫酸中で300時間までの浸漬試験を実施した。腐食速度は一桁程度低下し、本酸化処理がハイブリッド材料の耐食性向上に有効であることを確認した。腐食試験後の酸化処理材の断面SEM/EDX観察等により、耐食性改善のメカニズム及び長期健全性について表面割れの自己修復の観点から検討した。

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