2014 Fiscal Year Annual Research Report
Ｔｉ基化合物分散型ブロンズを適用した高性能Ｎｂ３Ｓｎ超伝導線材の開発
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23560854
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
菊池 章弘 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 主席研究員 (50343877)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2015-03-31
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| Keywords | Nb3Sn / ブロンズ / 高Sn濃度 / Ti添加 / 多芯線材 / 熱間押出 / 塑性加工性 / 組織制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、擬一方向凝固と熱間鍛錬を組み合わせて、CuSnTi化合物が微細分散した新しい高Sn濃度ブロンズ合金を開発した。Sn濃度は18.5%で過去最高となる。室温で約10%の伸びを示す他、熱間で200%を超える超塑性を示すことを見出した。新しいブロンズとNbを複合し、228芯のラボスケールの多芯線材の試作を行った。問題なく冷間加工でき、線材外径0.3mmまで細線化できた。このときのNbフィラメント径は5ミクロン程度で、一方、ブロンズ母材中のCuSnTi粒子は1ミクロン以下であった。この試作線材を所定条件で拡散熱処理を施してNb3Sn相を生成させたところ、臨界温度が17.2Kと、これまでの16%Snブロンズを原料とする実用線材より0.8Kほど高い値を示した。さらに4.2K、15Tにおける臨界電流密度（化合物相あたり）は1600A/mm2を超えて1.5倍の優れた特性を示した。
この結果に基づき、400トン静水圧押出装置による中規模の極細多芯線材の試作に取り組んだ。線材外径が0.8mm、フィラメント数が11,077、銅比が1となる、ITER（国際熱核融合実験炉）で使用される線材と類似の極細多芯線材の試作に成功した。ITER線材のブロンズのSn濃度は15.5%で、一方、本研究では18.5%と格段な差がある。今回試作した線材ではNb3Snの拡散反応が劇的に促進している興味深い知見を得た。
さらなるスケールアップとして、実生産規模の大型ビレットの押出実験も実施した。大型油圧プレスにより熱間鍛錬も実施し、本研究の組織制御法が十分量産性があることを確認した。大型ビレットに19芯ガンドリル加工を施し、Nb棒を挿入して電子ビーム溶接を行った後、量産製造ラインでの大型熱間押出を行った。本研究で開発した新しいブロンズが、量産に対応可能であることを実証した。
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