核融合用CICC超伝導線材被膜のトライボローン特性及び接触電気抵抗の評価

核融合用超伝導マグネットのポロイダルコイルなどのケーブル・イン・コンジット導体(CICC)ではクロムメッキなどが施された多数のNb_3Snなどの素線が捻られており,パルス的な電磁力の作用で素線の接触点では微小なすべり摩擦(フレッティング)が生じる可能性がある.それに伴い被膜の摩耗や剥離が生じ,線材の劣化をもたらす.そこで,本研究では10種類のメッキ材料やメッキ方法,メッキ厚さを変えたものを用意し,4K液体ヘリウム中での往復繰返しすべりに伴う被膜の剥離挙動や摩耗挙動,それにともなう電気抵抗の変化など把握することを目的とした.実験結果は,1) いずれのメッキ被膜も静的な接触電気抵抗は荷重とともに減少する。2) 接触圧力3500MPaでは接触電気抵抗は50〜900mΩである.3) 摩擦係数はある繰り返し数で上昇し,同時に接触抵抗は減少する.これはメッキ膜の剥離による.4) 被膜破断後の膜厚2μm以上ではいずれも接触電気抵抗は0.2〜0.3mΩの値を示すが,Crメッキ膜はW系アモルファス金属被膜よりも高い摩擦係数を示す.5) 熱処理をしたアモルファス金属被膜は摩耗寿命が1000サイクル以上で,フィルム破断後の摩擦係数も0.5と小さい.従って,CICC導体の被膜としては最適である.また真空中20Kでの摩擦条件では残留ガスはH_2やH_2Oの分圧が高い.今後残留ガスの摩擦係数におよぼす影響をさらに検討する.

核融合用超伝導マグネットのポロイダルコイルなどのケーブル・イン・コンジット導体(CICC)ではクロムメッキなどが施された多数のNb_3Snなどの素線が捻られており,パルス的な電磁力の作用で素線の接触点では微小なすべり摩擦(フレッティング)が生じる可能性がある.それに伴い被膜の摩耗や剥離が生じ,線材の劣化をもたらす.そこで,本研究では10種類のメッキ材料やメッキ方法,メッキ厚さを変えたものを用意し,4K液体ヘリウム中での往復繰返しすべりに伴う被膜の剥離挙動や摩耗挙動,それにともなう電気抵抗の変化など把握することを目的とした.実験結果は,1) いずれのメッキ被膜も静的な接触電気抵抗は荷重とともに減少する。2) 接触圧力3500MPaでは接触電気抵抗は50〜900mΩである.3) 摩擦係数はある繰り返し数で上昇し,同時に接触抵抗は減少する.これはメッキ膜の剥離による.4) 被膜破断後の膜厚2μm以上ではいずれも接触電気抵抗は0.2〜0.3mΩの値を示すが,Crメッキ膜はW系アモルファス金属被膜よりも高い摩擦係数を示す.5) 熱処理をしたアモルファス金属被膜は摩耗寿命が1000サイクル以上で,フィルム破断後の摩擦係数も0.5と小さい.従って,CICC導体の被膜としては最適である.また真空中20Kでの摩擦条件では残留ガスはH_2やH_2Oの分圧が高い.今後残留ガスの摩擦係数におよぼす影響をさらに検討する.