2019 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) |
嶋田 雄介 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20756572)
田中 照也 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30353444)
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 |
前年度の知見を基に、2種類の初期組成を有する大型Cu-Sn-In-(Ti)三元系合金塊を溶製した。合金塊の初期組成は、Cu-10.0Sn-5.0In-0.3TiとCu-14.0Sn-2.0In-0.3Tiとした。2種類の合金塊を用いて、約8000本のNbフィラメント（フィラメント径:3μｍ）を有する実用規模と同等の極細多芯線材の試作に途中断線無く成功した。試作した線材の直径は0.9mm、そして銅比（安定化銅/マトリックスの断面積比）は1.3とした。また、断面観察した結果、Nbフィラメント及びバリア材の異常変形は観察されなかった。これは、良好な加工性を示したSn当量となる初期組成にしたことによるものと考えられえる。
試作した線材を真空中にて熱処理を実施した。熱処理後のマトリックスを観察した結果、全量のSnがNbと拡散反応し、Nb3Sn相が生成した。一方、マトリックス中のIn組成は初期組成に保持され、マトリックス中のCuと反応して初期In組成を有する（Cu,In）固溶体に相変態した。相変態したことによって、硬度は増加し、そしてIn組成に依存する傾向が明らかになった。臨界電流密度特性において、最適な熱処理温度が初期In組成の増加に伴って、低温側にシフトし、Nb3Sn相の生成を促進する効果が観察された。Cu-Sn-In三元系合金中のInはマトリックス強化だけでなく、Nb3Sn相生成促進にも寄与することが明らかになった。今後、Nb3Sn相の微細組織におけるInの影響は大変興味深いと思われる。
Cu-Sn-In三元系合金を用いた線材の臨界電流特性における引張ひずみ印加効果について調査した。ヤング率及び0.2%耐力はIn組成の増加に伴って大きくなる傾向が見られ、（Cu,In）固溶体の生成によるものと考えられる。また、ひずみ依存性についても同様で、初期In組成に依存して改善された。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(9 results)
