2021 Fiscal Year Research-status Report
核融合炉ダイバータ材ブレージング接合界面での照射欠陥を伴う熱的三次元組織変化解析
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20K03899
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
嶋田 雄介 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20756572)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 健太 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10581118)
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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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 核融合炉材料 / 電子顕微鏡 / マルチスケール組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は、2020年度に作製した酸化物分散銅合金と純タングステン接合体について、界面構造の詳細について解析を行った。その結果得られた知見を以下に示す。
1．銅-タングステン界面においては透過電子顕微鏡を用いた解析から金属ろう材（ニッケル－リン化合物）とタングステンが反応した金属間化合物（NiW2）が形成していたことがわかった。収束イオンビームを装備した走査電子顕微鏡を用いたシリアルセクショニング法による三次元観察から、その厚みは750ナノメートル程度で界面を被覆するように分布していることが明らかとなった。さらに金属間化合物層と銅合金相の間にマイクロメートルスケールのボイドが形成しており、これはNiがCuへ固溶したことによるものと考えらえる。このボイドは界面割れの要因となることから、その抑制のため、今後は作製にホットプレス法よりも高い圧力付加が可能な熱間等方加圧焼結法を用いた界面の高密度化を検討している。
2．銅金内部については、界面から20のマイクロメートルの領域において結晶粒のわずかな粗大化ならびに粒内ひずみの低下、さらには粒の形状のアスペクト比減少がみられた。これは粒成長に伴うものと示唆されるが、ただ一方で、粒内に分散したアルミナ粒子により転位の移動を阻害しているような組織もみられ、その結果として大規模な粒成長が抑制されたものと考えられた。また粒内には8at%程度のニッケルが固溶していることに加え、粒界には粒界拡散によるものと示唆される先述のNiW2が形成していた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度は、界面接合時の熱影響についてマルチスケールかつマルチディメンジョンな組織解析を行い、明らかとできたことは十分な成果として挙げられる。一方で、コロナウイルスの影響で外部での実験が難しく、イオン照射材の作製が遅れているが、その間にその場観察の環境も整えることができており、全体的に順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度はその場観察を中心とした動的な熱影響について観察を進める予定である。特に商用炉を想定した450℃あたりでの組織変化について、イオン照射影響を含め解析をすすめる。また、ボイド形成の抑制のため、熱間等方加圧加熱を用いた界面組織の作製を行い、同様の観察を行う。
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| Causes of Carryover |
2021年度前半においてはコロナウイルスの影響で学外での実験が不可能であった。学外の実験が限定的ではあるが可能となったのち、旅費、装置使用料が予定通り発生し始めている。2022年度も装置利用登録は済ませており、滞っていた実験を年度初めから実施するよう準備をすすめている。
また分担者である菱沼においては、2022年度に担当となるHIP処理、またこちらも施設の一時閉鎖に伴いこれまで実施できていないイオン照射についても実施することで予算の執行を行うことを計画している。
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