Experimental study on mitigation of MHD pressure drop by electrical insulating oxide layer having self-maintainability

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本研究の目的は、液体金属と化学的に共存するAl系酸化被膜を自己形成するFeCrAl合金を応用する事により磁場下のMHD圧力損失の課題を解決する事である。2021年度は、Kanthal(カンタル社)製のAPMT合金(Fe-22Cr-5Al-3Mo)や2種類のFeCrAlZr-ODS合金(Fe-12Cr-6Al-Zr-0.49Y2O3-0.24Ex.O、Fe-15Cr-6Al-Zr-0.47Y2O3-0.22Ex.O)、積層造形型FeCrAlNi合金(Fe-18Cr-12Ni-5Al-2Mo)を対象に、(1) Al系酸化被膜の形成制御試験、(2) 液体金属下での化学的安定性試験、(3) 液体金属浸漬前後の被膜付着強度評価、(4) Al系酸化被膜の高温時導電率評価、(5) Al系酸化被膜によるMHD圧力損失抑制数値シミュレーション、について研究を実施した。(1)では、大気環境下における酸化挙動は酸化時間よりも温度により大きく影響を受ける事が分かり、1000 ℃以上で厚さ1 μm程度の緻密な組織のα-Al2O3被膜を安定して得られる事がわかった。(2)では、液体増殖材である液体リチウム鉛合金(LiPb)や液体ダイバータの冷却材である液体錫(Sn)を用いた腐食試験において、材料共存性を大きく改善する事がわかった。特に、900 ℃のLiPb中においても共存性改善機能を発揮する事がわかった。 (3)では、核融合科学研究のスクラッチ試験装置を用いて液体金属浸漬前後の被膜付着強度を評価する事に成功した。 (4)において、核融合科学研究所の酸化被膜電気伝導計測装置を用いてα-Al2O3被膜の導電率を計測したところ、1000 Kにおいて約1x10-7 S/mという高抵抗率を有している事がわかり、(5)においてMHD圧力損失抑制における十分な電流遮断能力がある事を数値解析により明らかにした。