2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative high-strength bronze Nb3Sn superconducting wire for fusion utilizing external Sn diffusion
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20H01889
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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, 研究部, 准教授 (00322529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
嶋田 雄介 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (20756572)
小黒 英俊 東海大学, 工学部, 講師 (90567471)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Nb3Sn / 核融合 / 高強度化 / 内部強化 / 固溶強化 / 高Jc化 / HIP |
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| Outline of Annual Research Achievements |
内部補強高強度Nb3Sn線材に資するCu-Sn-In三元系ブロンズ合金組成及びIn供給源としてのCu-In合金組成の最適化の一環として、Nb3Sn相の生成機構及び固溶元素の拡散挙動を重点的に検討した。Cu-14wt%Sn-3wt%In三元系ブロンズ合金の外周部に、5wt%、10wt%及び15wt%の高In濃度のCu-In合金を組み込んだ複合部材を母材として、母材にNb棒を組み込んだ種々の拡散対（Nb/Cu-14Sn-3In/Cu-In）を作製した。用意した拡散対を小型スゥエジング加工機にて直径1.0mmまで縮径しながら伸線加工を施した。その後、拡散対におけるNb3Sn相生成のために、真空中での700℃×200hという条件で熱処理を実施した。
熱処理後の拡散対について、SEM及びEPMAにてNb3Sn相の生成や各構成元素の拡散挙動について解析を行った。いずれの高In濃度のCu-In合金を複合化してもNb3Sn相の生成量には変化がなく、In元素はNb3Sn相の生成を阻害することがないことが明らかとなった。また、Nb3Sn相の生成量に変化がないことで、内部補強Nb3Sn線材における高強度化と高Jc化は線材母材のIn濃度とSn濃度に依存し、これらの両立には高Sn濃度化と高In濃度化が避けられないことが分かった。これらの結果から、Cu-Sn-In三元系ブロンズ合金と高In濃度のCu-In合金を組み込んだ線材母材は有効であることが分かった。
一方、並行して、以前に試作した内部補強Nb3Sn線材における機械強度の改善を指向して、高温静水圧焼結（HIP）処理を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
内部補強高強度Nb3Sn線材に資するCu-Sn-In三元系ブロンズ合金及びIn供給源としてのCu-In合金の各種合金の大型溶解・製造に遅れが出ているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度早々に、Cu-14wt%Sn-3wt%In三元系ブロンズ合金、Cu-5wt%In、Cu-10wt%In及びCu-15wt%In合金の大型溶塊を準備する。また、大型溶塊からの部材加工や周辺部材の加工をスム－ズに進むように現在外注先と打合せを実施する予定である。
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