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最新評価技術のご提案
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次世代燃料に対する各種エンジン材料の評価技術
はじめに
カーボンニュートラル社会の実現に向けて、合成燃料(e-fuel)、バイオ燃料、水素、アンモニアなどの次世代燃料の活用が進む中、エンジンや関連部品には従来とは異なる特殊環境への対応が求められている。これらの環境では、材料の腐食、摩耗、劣化など新たな課題が顕在化するため、実使用環境を再現した評価が重要となります。弊社では、燃料浸漬試験、水素雰囲気下でのしゅう動試験、各種分析技術を組み合わせることで、材料特性の評価だけでなく、その現象発生メカニズムの解明まで支援します。本稿では、次世代燃料時代を支える特殊環境エンジン材料評価技術を紹介します。
技術の概要
各種燃料中における耐食性試験、しゅう動試験、機械試験と、試験後試験片の表面分析等を交え、優劣の差の評価のみに留まらず、燃料固有の現象解明に向けてアプローチします。
主な成果・応用例
各種燃料を用いたエンジンやそれに関連する補機の材料評価
技術内容A次世代燃料(e-fuel・バイオ燃料など)環境下における耐食性評価
次世代燃料などの特殊環境を模擬した燃料浸漬試験により、材料の耐食性を評価します。さらに、圧力・温度・電位などをモニタリングする事により、腐食の進行状況を推測します。
図1. 模擬バイオ燃料(レギュラーガソリン+アルコール)を用いた140℃・3時間の燃料浸漬試験の実施状況
図2. 燃料浸漬試験後の外観変化と圧力・電位の推移
技術内容B水素雰囲気などの特殊環境下における摩耗・しゅう動特性評価
これまで安全上の制約から評価が困難であった水素ガスなどの特殊環境を再現できる試験設備を開発しました。実使用に近い雰囲気下でしゅう動特性を評価するとともに、しゅう動部の表面状態を分析することで摩耗メカニズムを解明します。特殊環境下では摩耗挙動や材料特性が大きく変化するため、実機の雰囲気で試験を行わなければ適切な材料選定を誤るリスクがあります。
図3. 水素雰囲気摩耗試験機及び試験例
図4. 水素雰囲気摩耗試験結果(相手材への移着状況)
図5. しゅう動部の表面分析例
技術内容Cデポジット生成試験と成分分析による現象解析(FT-IR・GC/MS・SEMなど)
弊社が保有する多様な分析技術と、次世代燃料環境を模擬したデポジット生成試験を組み合わせることで実機現象を考察するとともに、堆積デポジットの断面観察・組成分析から生成メカニズムや部品への影響を評価します。
1.加圧安全性の評価
①混触危険有機物質のDSC測定
②混触危険有機物質のARC(暴走反応)測定
③有機化合物加熱時の発生圧力の測定
②混触危険有機物質のARC(暴走反応)測定
③有機化合物加熱時の発生圧力の測定
2.デポジット生成試験(高温・高圧下)
①100ml高圧反応器による加熱処理試験
②2Lオートクレーブによる加熱処理試験
③10Lオートクレーブによる加熱処理試験
②2Lオートクレーブによる加熱処理試験
③10Lオートクレーブによる加熱処理試験
3.デポジットの分析・解析
①成分分析
FT-IR、GC/MS、TG-DTA、GPCなど
②形態・状態観察
SEM、TEMなど
③物性評価
ナノインデンター測定、密着性測定など
FT-IR、GC/MS、TG-DTA、GPCなど
②形態・状態観察
SEM、TEMなど
③物性評価
ナノインデンター測定、密着性測定など
図6. デポジット生成試験
表1. 燃料に関わる成分分析
今後、カーボンニュートラル化に向けた動きがさらに加速する中、弊社は材料試験、実験、解析を組み合わせた評価技術の高度化を進めてまいります。次世代燃料環境における材料特性や耐久性評価、現象解明に課題をお持ちの際は、開発初期段階からぜひ弊社へご相談ください。
執筆者
技術本部 材料ソリューションセンター 技術部 試験評価技術室 | 味田 晋之介(みた しんのすけ)
よくある質問
- 試験により得られた特性のメカニズムはどのようにして推測するのでしょうか?
- 一例として、しゅう動特性の場合は、試験で得られた傾向や特性を把握した上で、表面分析や化学分析を行い表面に形成された生成物や付着物の成分・機械特性を調査しメカニズムを推測します。
- 試験は立会いで確認する事はできますか?
- お立会い頂く事は可能です。特に試験条件の検討時に様子や挙動を一緒にご確認頂く事で、より現象に対する理解が深まり、最適な試験方法を構築できると考えております。
- 分析手法が多く、どの分析が事象に適しているか分かりません。分析方法について提案頂けますか?
-
お客様の抱える課題、目的や関わる材料などの情報をお聞きし適した分析手法を提案させて頂きます。
これは分析だけに留まらず、試験についても同様に適した方法を提案させていただきます。
- 評価したい燃料やオイルを持ち込むことはできますか?
- 燃料やオイルの種類、量、組成、危険有害性などを事前に確認したうえで、対応可否を検討します。特殊な燃料については、安全性や設備適合性の確認が必要となるため、SDSなどの情報をご提示ください。
- 秘密保持契約(NDA)の締結は可能ですか?
- 秘密保持契約(NDA)の締結が可能です。開発中の部品情報や材料情報、試験条件、評価結果などの機密情報については、事前に秘密保持契約を締結した上で対応いたします。
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