2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high strength Nb3Sn superconducting wire for nuclear fusion using solid solution strengthened Cu-Sn matrix
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16H04621
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
菱沼 良光 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00322529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田村 仁 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (20236756)
田中 照也 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30353444)
嶋田 雄介 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20756572)
菊池 章弘 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (50343877)
小黒 英俊 東海大学, 工学部, 講師 (90567471)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 核融合 / Nb3Sn線材 / 高強度化 / 固溶強化 / 臨界電流密度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Cu-Sn-In/Nb単芯前駆体において、Zn元素と同様にIn元素は母材に均質に残存することを受けて、種々の合金組成を有するCu-Sn-In-(Ti)三元系合金を溶製し、極細多芯化への前段階として19芯多芯前駆体を試作した。
Cu-Sn-Zn三元系合金母材と同様に、Nb3Sn相の生成熱処理後には初期In組成に関係なくほぼ全量のIn元素が母材に残留し、(Cu,In)固溶体に相変態することが明らかになった。(Cu,In)固溶体の形成は母材の硬度を著しく向上し、線材に高強度化に寄与すると考えられる。また、Nb3Sn相の生成体積分率は三元系合金の初期Sn組成に依存し、且つ同じ初期Sn組成を有するCu-Sn-Zn三元系合金と比較して厚いNb3Sn相が得られた。これにより、三元系合金中のIn元素はNb3Sn相の拡散生成を阻促進する作用があることが示唆された。
生成したNb3Sn相の臨界電流密度特性（Layer Jc）は、Cu-Sn-Zn三元系合金線材よりも高くなる傾向が確認された。これは、生成したNb3Sn結晶粒径が細かくなるためであると考えられる。
一方、Cu-Sn-In三元系合金を用いた極細多芯線材を試作する上で、三元系合金の初期組成は線材加工性を左右する因子であり、16のSn当量にて良好な加工性を有していることを明らかにした。これにより、臨界電流特性を優先したCu-14.0Sn-2.0In-0.3Tiと高強度化を優先したCu-10Sn-5.0In-0.3Ti三元系合金の大型溶製を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
Nb3Sn線材における高強度化に対して、Cu-Sn-Zn三元系合金よりも効果的と思われるCu-Sn-In三元系合金を見出すことに成功した。また、並行して微細組織や臨界電流特性におけるIn元素の効果も見出すことが出来、金属材料学にて大きな進展が得られた。
しかしながら、Cu-Sn-In三元系合金を用いた極細多芯線材化に使用する種々の合金の大型溶解が完了していない。
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| Strategy for Future Research Activity |
Cu-Sn-In三元系合金を用いた極細多芯線材加工に資する種々の大型合金塊を納品が済み次第、早急に極細多芯線材加工を進める。そのために、種々の合金塊以外の部材の調達を前倒して進めている。また、線材加工のスケジュ－ルについて請負業者と綿密に打合せも進めている。
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