ホットディッピング・気相熱処理法による低放射化バナジウム合金のMHD被覆開発

核融合炉用構造材料としての低放射化バナジウム合金は液体リチウムによる増殖・冷却システムを採用することによりその特長を発揮できます。このためには絶縁性セラミックス被覆を開発し、強磁場と液体金属流動との相互作用で生じるMHD圧力損失を低減することが求められます。絶縁性セラミックス被覆を配管内面に施すことにより、冷却材である液体金属リチウム中の誘導電流を抑制することができ、必要な冷却効率を得るための流速を確保することあるいは不用な応力負荷を配管に生じさせないことができるようになります。液体金属リチウム中で共存性に優れたセラミックスがこれまでの研究により選定されてきましたが、主に用いられている物理蒸着法は広い面積や複雑な形状に対する被覆に不向きです。本研究では大面積かつ複雑形状への被覆に有効と考えられる被覆方法、すなわちホットディッピング(溶融浸漬法)と気相拡散熱処理の組み合わせる方法について基礎的な工程の確立を試みました。V-4Cr-4Ti合金およびV-4Cr-4Ti-Si-Al-Y合金を作製し、まず、高純度溶融アルミニウム中へのバナジウム合金の浸漬を行いました。アルミニウム被膜の厚さは引き上げ速度に依存しますが試験片にほぼ均一に厚さ約20μmのアルミニウム被膜を作製できることが分かりました。陽極酸化によるアルミナの作製を試み、陽極酸化後の熱処理により結晶性が改善できることが分かりました。気相熱処理試験については純ヘリウムガスと濃度調整した標準ガスとの混合比を制御した分圧制御装置を組み込んだ熱処理を作製しました。酸化物セラミックスの熱処理による結晶性の向上には酸素分圧だけではなく熱処理温度が重要であることが分かりました。被膜の密着性に関しては曲げ試験や引張り試験により評価するともに第一原理計算による評価もあわせて行いました。

核融合炉用構造材料としての低放射化バナジウム合金は液体リチウムによる増殖・冷却システムを採用することによりその特長を発揮できます。このためには絶縁性セラミックス被覆を開発し、強磁場と液体金属流動との相互作用で生じるMHD圧力損失を低減することが求められます。絶縁性セラミックス被覆を配管内面に施すことにより、冷却材である液体金属リチウム中の誘導電流を抑制することができ、必要な冷却効率を得るための流速を確保することあるいは不用な応力負荷を配管に生じさせないことができるようになります。液体金属リチウム中で共存性に優れたセラミックスがこれまでの研究により選定されてきましたが、主に用いられている物理蒸着法は広い面積や複雑な形状に対する被覆に不向きです。本研究では大面積かつ複雑形状への被覆に有効と考えられる被覆方法、すなわちホットディッピング(溶融浸漬法)と気相拡散熱処理の組み合わせる方法について基礎的な工程の確立を試みました。V-4Cr-4Ti合金およびV-4Cr-4Ti-Si-Al-Y合金を作製し、まず、高純度溶融アルミニウム中へのバナジウム合金の浸漬を行いました。アルミニウム被膜の厚さは引き上げ速度に依存しますが試験片にほぼ均一に厚さ約20μmのアルミニウム被膜を作製できることが分かりました。陽極酸化によるアルミナの作製を試み、陽極酸化後の熱処理により結晶性が改善できることが分かりました。気相熱処理試験については純ヘリウムガスと濃度調整した標準ガスとの混合比を制御した分圧制御装置を組み込んだ熱処理を作製しました。酸化物セラミックスの熱処理による結晶性の向上には酸素分圧だけではなく熱処理温度が重要であることが分かりました。被膜の密着性に関しては曲げ試験や引張り試験により評価するともに第一原理計算による評価もあわせて行いました。