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再結晶強化組織とイオン注入組織安定化による「再結晶脆化しない」超耐熱金属の新創生

Research Project

Project/Area Number 22K18995
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 31:Nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

野上 修平  東北大学, 工学研究科, 准教授 (00431528)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 能登 裕之  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (50733739)
清水 信  東北大学, 工学研究科, 准教授 (60706836)
Project Period (FY) 2022-06-30 – 2023-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords再結晶脆化 / タングステン / 分散強化 / ヘリウム注入 / 合金化 / イオン注入
Outline of Research at the Start

本研究の目的は、これまでにない設計思想に立脚した「再結晶脆化しない」タングステン合金を創生し、実機器における有効性を実証することである。熱光起電力発電システムのエミッターや核融合炉ダイバータなどにおいて、耐熱性の観点からWの使用が検討されているが、高温に晒されることによる再結晶と、その後の粒成長、それらによる脆化(再結晶脆化)を要因とする劣化が課題とされている。本研究では、再結晶した組織に対し、合金化や分散強化といった技術に加え、ヘリウム注入による組織安定化技術を適用することにより、再結晶脆化しないW合金を創生し、この課題を打破する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、これまでにない設計思想に立脚した「再結晶脆化しない」タングステン(W)合金を創生し、実機器におけるその有効性を実証することである。熱光起電力(TPV)発電システムの熱輻射制御エミッターや核融合炉のダイバータなどにおいて、耐熱性などの観点からWの使用が検討されている。しかし、高温に晒されることによる再結晶と、その後の粒成長、それらによる脆化(再結晶脆化)に起因した劣化が課題とされている。転位を多く含んだ加工組織を有する従来のWは、高温に晒されると再結晶や粒成長が起きるため、最高使用温度・時間はそれらの発現条件で制限される。合金化や分散強化などによる改質で再結晶温度・時間は一定程度向上させられるが、その条件を超えると再結晶し、改質のメリットを打ち消すレベルで脆化する。本研究では、そもそも再結晶や粒成長せず、再結晶脆化しない強靭な超耐熱W合金を創生し、この課題を打破する。
2022年度は、再結晶・粒成長挙動に及ぼす合金化および分散強化の影響、光学特性に及ぼす合金化および分散強化の影響、について明らかにした。いずれも、合金元素としてはレニウム(Re)とタンタル(Ta)、分散強化としてはカリウムドープ(Kドープ)とランタン酸化物分散(La2O3分散)、を適用とした。再結晶・粒成長の評価としては、1時間の等時熱処理と1100℃における等温熱処理後の硬さと微細組織を評価した。光学特性としては、TPVエミッターにおいて重要な反射率を評価した。その結果、合金化および分散強化のいずれも、再結晶および粒成長を抑制した。等時熱処理および等温熱処理のいずれにおいても、分散強化に比べ合金化の方がその抑制効果が高く、本研究で目指す材料開発において有効であることが示された。反射率については、合金化および分散強化のいずれも影響はほとんど見られず、純Wの光学特性を維持できることが示された。

Report

(1 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (1 results)

All 2022

All Presentation (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Presentation] Development of tungsten-based alloys for fusion applications: advances and challenges2022

    • Author(s)
      Shuhei Nogami
    • Organizer
      NuMat2022: The Nuclear Materials Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

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