2020 年度研究成果報告書

3Dプリンティング技術と摩擦撹拌処理を用いた耐酸化高強度W皮膜形成手法の開発

研究課題

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研究課題/領域番号	17H01369
研究種目	基盤研究(A)
配分区分	補助金
応募区分	一般
研究分野	核融合学
研究機関	国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
研究代表者	谷川博康国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所ブランケット研究開発部, 次長(定常) (50354668)
研究分担者	渡邊誠国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 分野長 (00391219) 野上修平東北大学, 工学研究科, 准教授 (00431528) 江里幸一郎国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 ITERプロジェクト部, グループリーダー(定常) (30354624) 遊佐訓孝東北大学, 工学研究科, 教授 (60466779) 福田誠国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 ITERプロジェクト部, 主任研究員(定常) (70757666) 岸本哲国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主席研究員 (10354169) 関洋治国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 ITERプロジェクト部, 主幹研究員(定常) (00469793)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード	摩擦撹拌処理 / 耐酸化皮膜 / タングステン / 真空溶射 / プラズマ溶射 / 高周波超音波 / 粉末床溶融結合法
研究成果の概要	不動態膜形成による耐酸化機能を付与された高強度W皮膜を開発することを目標として、摩擦撹拌処理（FSP）による複合W皮膜形成および皮膜強化を試み、Cr炭化物粉末を真空溶射W皮膜の溝または表面割れに充填することで、極表面にCrを混入することが可能である結果を得た。 3Dプリンティング技術によるW合金皮膜形成の探求においては、粉末床溶融結合法（SLM法）によるW皮膜形成を試みたが、初層における界面反応抑制が困難であることが確認されたため、前処理としてプラズマ溶射による酸化を抑制したW積層を試み、Cuをボンド層とし、Ar/H2のプラズマガスを用いて酸化を抑制したW積層が期待できる結果が得られた。
自由記述の分野	核融合材料開発
研究成果の学術的意義や社会的意義	摩擦撹拌処理（FSP）による複合W皮膜形成においては、合金粉末によりFSPツールとの摩擦係数が著しく低下し得ること、深いFSP処理には適度な摩擦が必要であることが明らかになった点に学術的意義がある。また、プラズマ溶射法においても、Ar/H2のプラズマガスを用いることでWの酸化を抑制しつつ積層が期待できることが見いだされたことは、学術的意義がある。皮膜健全性の非破壊評価法の開発においては、SLM法でW成膜初層に脆い界面相ができることを逆利用して人工欠陥を形成し、この人工欠陥検出に35～50MHz高周波超音波測定が有効であることを確認できたことは、学術的に意義がある。