境界要素法によるリチウム含有溶融フッ化物塩と接する構造材料腐食の予測

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開発したフッ化水素（HF）含有溶融FLiNaK (LiF-NaF-KF) 中で電気化学的な腐食試験を行える装置により、核融合炉用フェライト鋼JLF-1鋼 (Fe-9Cr-2W)、純鉄、純クロム、および純タングステン等の分極曲線を取得した。JLF-1鋼の腐食速度が、純鉄と同様であり、すなわち溶存HF濃度に比例することを示した。また、鉄鋼材料で一般的な鉄の酸化、溶出による全面腐食の他に、腐食生成物（K2NaCrF6等）の形成や腐食制御の観点からは好ましくない粒界腐食の発現を明らかにした。そのメカニズムの一つとして、粒界におけるクロム富化炭化物の優先溶出を同定した。純クロムは純鉄の10倍以上の腐食速度と孔食を示した一方で、純タングステンは純鉄の10分の1以下の腐食速度と均一腐食を示した。このタングステンの耐食性は、既に溶融フッ化物塩中で耐食性の高い材料として知られるニッケルおよびニッケル系合金に匹敵しうることを示唆した。これらのことから、HF含有溶融FLiNaK中の鉄鋼材料の腐食には、固液界面におけるHF（またはH+）の拡散が大きく関係する一方で、合金の組成は無関係と考えられた。本実験で得た腐食速度の式から、ある核融合炉条件での溶存HF濃度における腐食速度を計算したところ、JLF-1鋼単体での腐食速度は、目標値とされる0.1 mm/yearを上回る結果を得た。一方で、本実験で得た腐食メカニズムに基づいて、タングステン被覆やチタン微粒子添加・犠牲防食法を応用した腐食低減・制御法に見通しを得た。これらを踏まえ、境界要素シミュレーションで、より詳細な腐食速度を計算することが今後の課題である。