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2019 年度 実績報告書

固溶強化Cu-Snマトリックスを用いた核融合用高強度Nb3Sn超伝導線材の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H04621
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

菱沼 良光  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00322529)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード核融合 / Nb3Sn線材 / 高強度化 / 固溶強化 / 臨界電流密度
研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Cu基三元系合金を用いて作製した超伝導Nb3Sn線材のミクロ組織に対するTi添加の影響2019

    • 著者名/発表者名
      李 昇原、川向 大地、菱沼 良光、土屋 大樹、西村 克彦、會田 哲夫、菊池 章弘、S. Mikmekova、谷口 博康、松田 健二
    • 雑誌名

      「銅及び銅合金」日本銅会誌

      巻: 58 ページ: 77-81

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of neutron irradiation on Nb3Sn wire2019

    • 著者名/発表者名
      A. Nishimura, T. Nakamoto, M. Yoshida, M. Iio, M. Yamazaki, T. Toyama, Y. Hishinuma, H. Oguro and S. Awaji
    • 雑誌名

      Superconductor Science and technology

      巻: 32 ページ: 024004

    • DOI

      10.1088/1361-6668/aaf903

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of bronze processed Nb3Sn wires using various Cu-Sn-In ternary alloy matrices2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Hishinuma, T. Taniguchi and A. Kikuchi
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 145 ページ: 94-99

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2019.01.092

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of the internal matrix reinforcement bronze processed Nb3Sn multicore wires using Cu-Sn-In ternary alloy matrix for fusion magnet application2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Hishinuma, T. Taniguchi and A. Kikuchi
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 148 ページ: 111269

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2019.111269

    • 査読あり
  • [学会発表] Investigation of the Cu based binary alloys and the internal matrix reinforcement bronze processed Nb3Sn wires2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Hishinuma, H. Taniguchi, T. Mizuta, Y. Mizuta and A. Kikuchi
    • 学会等名
      10th ACASC / 2nd Asian-ICMC / CSSJ Joint Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Cu-Sn-In三元系合金母材を用いたNb3Sn極細多芯線材における超伝導特性と微細組織2019

    • 著者名/発表者名
      菱沼 良光、谷口 博康、菊池 章弘
    • 学会等名
      第98回春季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] Development of the matrix reinforced Nb3Sn wires using Cu-Sn-In alloy matrices2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Hishinuma, H. Taniguchi and A. Kikuchi
    • 学会等名
      14th European Conference on Applied Superonductivity 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Cu-Sn-In三元系合金母材を用いた内部補強Nb3Sn極細多芯線材の開発2019

    • 著者名/発表者名
      菱沼 良光、谷口 博康、菊池 章弘
    • 学会等名
      2019年度日本金属学会秋期大会
  • [学会発表] Mechanical strength evaluation of the internal matrix reinforced Nb3Sn multifilamentary wire using Cu-Sn-In ternary alloy matrix2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Hishinuma, H. Oguro, H. Taniguchi, S. Awaji and A. Kikuchi
    • 学会等名
      26th International Conference on Magnet technology 2019
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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