W改質TiAlNコーティングによるNdFeB磁石の水素バリア保護性能向上
W-Modified TiAlN Coatings with Compact Non-Columnar Structure for Enhanced Hydrogen Barrier Protection of NdFeB Magnets
W改質TiAlNコーティングは、磁性材料の水素透過バリアコーティングとして開発された。物理蒸着法により、厚さ約1.5μmのTiAlNおよびTiAlN-WコーティングをFeおよびNdFeB基板上に成膜した。W改質により、結晶性の低い柱状構造のTiAlNから、非晶質/ナノ結晶質の特徴を持つ、より緻密で結晶性の低いW改質Ti-Al-Nコーティングへと構造が変化した。XPS分析では、低原子価のW関連種、および表面酸化/酸窒化種が同定され、表面および近接表面の化学環境が変化したことが示された。Fe基板上での電気化学的水素透過試験では、TiAlNコーティングは定常状態電流密度を4.68倍低減させたのに対し、TiAlN-Wコーティングは15,000秒の試験期間中に水素ブレークスルーがほとんど見られず、電流密度は検出限界0.01μA cm−2未満に留まり、透過低減係数は250以上となった。高圧水素暴露試験では、TiAlN-Wコーティングを施したNdFeBサンプルは、5 MPaのH2に24時間暴露後も形態を維持したが、コーティングなしおよびTiAlNコーティングのサンプルは粉砕された。この大幅な水素透過抵抗の向上は、主に緻密な断面形態とW改質コーティング構造に起因する。
- W改質TiAlNコーティングにより、NdFeB磁石が5 MPaの水素に24時間暴露後も形態を維持し、コーティングなしおよびTiAlNコーティングのサンプルは粉砕された。
- TiAlN-Wコーティングは電化学的水素透過試験で水素ブレークスルーがほとんど見られず、透過低減係数は250以上となった。
- Fe基板上での電化学的水素透過試験では、TiAlNコーティングは定常状態電流密度を4.68倍低減したのに対し、TiAlN-Wコーティングは検出限界0.01μA cm−2未満となった。
W改質TiAlNコーティングがNdFeB磁石の水素脆化を大幅に抑制できる技術的成果が示された。NdFeB磁石はEVモーターや風力発電など需要拡大が見込まれる一方、水素環境での使用に課題があった。水素透過低減係数250以上という高い性能は、水素社会インフラや燃料電池関連部材の耐久性向上に資する有望な材料技術であり、新素材による性能向上という観点で投資価値がある。