2019 Fiscal Year Annual Research Report
development of Zr for fuel cladding tube, improved steam-oxidation resistance by formation of Si-diffusion layer
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17K06813
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
原 基 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (50156494)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福本 倫久 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (20343064)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ジルコニウム / ケイ素拡散層 / 水蒸気酸化 / パックセメンテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度まで，Zr表面部にSi拡散層を形成させるためのパックセメンテーション処理においては活性化剤にNaFを使用していた。しかし，活性化剤の種類はSi拡散層の形態や化学組成に大きな影響を及ぼすことから，2019年度においてはAlF3，AlCl3，NH4Clを活性化剤にしてパックセメンテーション処理を行い，Si拡散層の形態および化学組成に及ぼす活性化剤の種類の影響を調べた。さらに，形成されたSi拡散層試料については1273Kの12%H2O-Ar環境で水蒸気酸化試験を行い，これら試料の水蒸気酸化挙動を活性化剤にNaFを使用した時のSi拡散層試料のそれと比較した。活性化剤にAlF3を使用した場合，処理温度1223K，Si濃度10mass%，AlF3濃度2mass%の条件で厚さ約50μmのZrSi相から成るSi拡散層が形成された。Si拡散層には小さいボイドが形成され，Si拡散層上には数μm厚さのZr酸化皮膜の生成が認められた。この酸化皮膜の厚さは，NaFを活性化剤とした場合に比べかなり薄いものであることがわかった。活性化剤にAlCl3およびNH4Clの塩化物を使用した場合，活性化剤の種類によりSi拡散層の形態，化学組成にほとんど違いは認められなかった。すなわち，処理温度1173K，Si濃度10mass%，AlCl3およびNH4Cl濃度2mass%の条件で厚さ約50μmのZrSi2相（外層）とZrSi相（内層）から成るSi拡散層が形成され，Si拡散層全体に多くのボイドの形成が観察された。Si拡散層上には酸化皮膜の生成は認められなかった。水蒸気酸化試験を行った結果，AlF3，AlCl3，NH4Clを活性化剤としたSi拡散層試料の酸化増量は，NaFを活性化剤としたSi拡散層試料のそれに比べ約5倍大きくなった。この違いは，Si拡散層上における厚いZr酸化物層の有無によると推察された。
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