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

热浸镀/气相热处理低活化钒合金MHD涂层的研制

• 批准号: 16656285
• 负责人: 阿部 勝憲
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656285/
• 关键词: バナジウム合金; MHD被覆; 溶融浸漬法; 異種材料接合被覆; 界面接合強度

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。

低激活的钒合金作为核融合反应器的结构材料可以通过采用由液体锂制成的生长和冷却系统来证明其特征。这需要开发绝缘陶瓷涂层，以减少由于强磁场和液体金属流量之间相互作用而引起的MHD压力损失。通过将绝缘陶瓷涂层涂在管道的内表面，可以抑制液态金属锂中的诱导电流，从而使流速获得所需的冷却效率，或者可以防止在管道中发生不必要的应力载荷。先前的研究选择了在液态金属锂中具有出色共存的陶瓷，但是主要使用的物理蒸气沉积法不适合用于大面积或复杂形状的涂层。在这项研究中，我们试图建立涂料方法的基本过程，这些过程被认为可有效涂层大面积和复杂形状，即一种结合热浸入（熔融和浸入）和气相扩散热处理的方法。制备V-4CR-4TI合金和V-4CR-4TI-Si-y合金，首先将钒合金浸入高纯度熔融铝中。尽管铝涂层的厚度取决于拉力速度，但发现厚度约为20μm的铝涂层几乎可以在样品上均匀地制造。我们试图通过阳极氧化氧化铝来制造氧化铝，并发现阳极氧化后的热处理可以改善结晶度。对于气相热处理测试，进行了热处理，并结合了部分压力控制装置，该装置可以控制纯氦气和标准气体之间以受控浓度的混合比。已经发现，不仅氧气的部分压力，而且热处理温度对于通过氧化陶瓷的热处理改善结晶度也很重要。使用弯曲和拉伸测试评估涂层的粘附，并使用第一原理计算。