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

自维持性电绝缘氧化层缓解MHD压降的实验研究

• 批准号: 21H01060
• 负责人: 近藤 正聡
• 金额: $ 7.82万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01060/
• 关键词: 核融合炉; 液体ブランケット; MHD圧力損失; 保護性酸化被膜; FeCrAl合金; MHD; 絶縁性被覆; 酸化被膜; 液体金属; MHD流れ; 共存性; スクラッチ試験; 導電率; Al含有鋼

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。

这项研究的目的是通过施加自我形成的基于Al的氧化物膜来解决与液体金属进行化学并存的繁殖合金，以解决磁场下MHD压力损失的问题。在2021财政年度，我们将重点关注由Kanthal制造的APMT合金（Fe-22CR-5AL-3MO），两种类型的Fecralzr-Ods合金（Fe-12cr-6al-ZR-0.49Y2O3-0.49Y2O3-0.49Y2O3-0.24.24 ex添加剂制造的繁殖叶核合金（FE-18CR-12NI-5AL-2MO）（1）基于Al的氧化物膜的形成控制测试，（2）液体金属下的化学稳定性测试，（3）评估液体金属浸入之前和之后的膜粘附强度的评估，（4）在高度氧化液的电导率上评估高度氧化的电导率（4），（4）高度的氧化物（5），（4）氧化物的电导率（5），（5）高度的氧化物（5）extressiation（4）进行了基于Al的氧化物膜。在（1）中，发现空气环境中的氧化行为比氧化时间更受温度的影响，并且厚度约为1μm的密集α-AL2O3涂层可以稳定地获得。在（2）中，发现使用液体锂铅合金（LIPB）在腐蚀测试中大大改善了材料共存，这是一种液体繁殖材料和液体锡（SN），这是液体分机的冷却剂。特别是，发现在900°C的LIPB中也证明了改善共存的功能。在（3）中，我们在核融合科学研究中使用刮擦测试装置在浸入液体金属之前和之后成功评估了涂层粘附强度。在（4）中，当使用核融合科学研究所的氧化物膜传导测量设备测量α-Al2O3涂层的电导率时，发现它在1000 K时的电阻率高约为1x10-7 s/m，在（5）中，通过数字分析表明，它具有足够的当前临界能力降低了压力损失。

项目成果

液体ブランケット異材接合部の増殖/冷却材との共存性研究

液层异种金属接头的生长/与冷却剂的共存研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 近藤正聡;長坂琢也;宮川幸大;畑山奨
• 通讯作者: 畑山奨

[3L01] 原型炉用液体テストブランケットモジュールの検討 (1)LiPb自己冷却モジュール設計検討

[3L01]DEMO反应堆液体测试毯模块研究（1）LiPb自冷模块设计研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 田中 照也;近藤 正聡;染谷 洋二;江原 真司;横峯 健彦;片山 一成;笠田 竜太;日渡 良爾;坂本 宜照;野澤 貴史
• 通讯作者: 野澤 貴史

Corrosion behaviors of various steels and nickel-based alloys in liquid Sn media

各种钢和镍基合金在液态Sn介质中的腐蚀行为

• DOI: 10.1016/j.nme.2022.101154
• 发表时间: 2022
• 期刊: Nuclear Materials and Energy
• 影响因子: 2.6
• 作者: Yukihiro Miyakawa;Masatoshi Kondo
• 通讯作者: Masatoshi Kondo

Dense-film preparation of zirconium oxide by self-oxidation in air

空气中自氧化制备致密膜氧化锆

• DOI: 10.1016/j.fusengdes.2021.112793
• 发表时间: 2021
• 期刊: Fusion Engineering and Design
• 影响因子: 1.7
• 作者: Rio Takemura;Kiyoto Shin-mura;Kazuya Sasaki;Eiki Niwa;Masatoshi Kondo
• 通讯作者: Masatoshi Kondo

[1L06] 核融合炉内液体金属機器におけるFeCrAl合金の適用性検討 （3）液体ダイバータにおけるFeCrAl合金の効果について

[1L06]FeCrAl合金在聚变反应堆液态金属设备中的适用性研究（3）FeCrAl合金在液体分流器中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 宮川 幸大;近藤 正聡;田中 照也;大野 直子
• 通讯作者: 大野 直子