極低温中におけるマグネット構造材料のトライボロジ-特性

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02650106
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: 岩渕 明 岩手大学, 工学部, 教授 (00005555)
• Keywords: 極低温 / 超伝導マグネット / 摩擦発熱 / トライボロジ- / クエンチ / 温度上昇 / マグネット構造材料 / 極低温真空

Research Abstract

超伝導マグネットのクエンチの原因である摩擦特性と摩擦発熱について検討してきた.
1.摩擦発熱について
液体ヘリウム中の摩擦試験において熱電対を摩擦試験片に2個挿入し,摩擦に伴う温度上昇を測定した.この結果,摩擦発熱はパルス的に発生し,温度上昇もそれに対応して現れる.温度上昇は摩擦発熱量とともに大きくなるが,比例関係にはない.これは全摩擦発熱が温度上昇に関わるのではなく,一部はヘリウムですぐに冷却されるためであると考える.
そこで非定常熱伝導の逆問題として,温度測定値を用いて数値シミュレ-ションを行った.これより,試験片での温度分布が求められ,表面から深さ方向に温度が急速に低下すること,また熱流速を積分することで摩擦発熱に対して温度上昇に寄与する熱の割合が50%以下であることを得た.
2.極低温真空中の摩擦実験
超伝導マグネットでの接触面の多くは極低温真空中に置かれる.そこでその環境での摩擦特性を求めるために試験機の製作を行い,24種類の材料組合せで摩擦実験を行った.JN2同士のように5K(液体ヘリウム冷却)では摩擦が低いが,77K(液体窒素冷却)では凝着により摩擦係数が増加する場合があった.JN2ーCuNiでは4Kでも摩擦係数は高い.これらの特性変化は材料の硬さの温度依存性と関係があると考えられる.硬さが十分に大きいと真空中(10^<-3>Pa)でも凝着は抑えられる.しかし温度の上昇と共に硬さが低下すると表面では容易に凝着を生じる.また摩擦係数の温度依存性から,約20K〜50Kで摩擦が増加し,80K〜110Kで減少することを得た.

Research Products

• [Publications] A.IWABUCHI: "Frictional Heating of Magnet Structural Materials at Cryogenic Tomperatures" Cryoqenics. 31. 969-974 (1991)
• [Publications] 岩渕 明: "極低温真空中のトライボロジ-" 日本潤資学会トライボロジ-会議'92春東京予稿集. (1992)