| 研究課題/領域番号 |
26289360
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| 研究機関 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
谷川 博康 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門 六ケ所核融合研究所, 研究主幹 (50354668)
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| 研究分担者 |
小沢 和巳 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門 六ケ所核融合研究所, 任期付研究員 (80613330)
渡邊 誠 独立行政法人物質・材料研究機構, 先進高温材料ユニット, 主幹研究員 (00391219)
黒田 聖治 独立行政法人物質・材料研究機構, 先進高温材料ユニット, ユニット長 (50354220)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 摩擦撹拌処理強化 / タングステン皮膜 / ウォームスプレー法 |
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| 研究実績の概要 |
摩擦撹拌処理（FSP）強化機構の解明とW皮膜FSP強化最適条件の探求においては、真空プラズマスプレー（VPS）法により低放射化フェライト鋼F82H上に作成した1～2mm厚のW皮膜に対してFSP強化処理を実施し、組織観察および硬さ評価により、FSP強化最適条件として600rpm 2ton で2回プロセスすることが、ポーラスなVPS－Wを最も緻密な組織にする条件であることを明らかにした。この条件で強化したVPS－Wについて高温硬さ試験および熱伝導率評価を実施したところ、1000℃までの温度域でバルクWを上回る硬さを有することを確認し、さらに熱伝導率も低温ではバルクWの8割、1000℃では同等の値を示すことを明らかにした。
ウォームスプレー（WS）法によるW皮膜形成最適条件の探求においては、原料粉末を融点以下の温度範囲にて加熱軟化させつつ超音速に加速し、固相状態のまま衝突密着させるウォームスプレー法について、タングステン粒子が密着するために必要な粒子温度、粒子速度を有限要素法により導出した。解析では、粒子温度を773～1773 K、粒子速度を100～1000 m/sまで、それぞれ100K、100m/s毎変化させて、粒子衝突シミュレーションを行った。よって、タングステン粒子の場合、粒子速度800m/s以上、粒子温度1473 K以上あれば、界面部最大温度が融点に達し、接合すると予測された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
FSP強化機構の解明とW皮膜FSP強化最適条件の探求においては、当初の予定通りFSP強化最適条件を見出し、高温硬さおよび熱伝導率評価を実施して、FSP強化の有意性を確認することが出来た。WS法によるW皮膜形成においても当初予定通り、タングステン粒子が超音速衝突する際の変形過程のシミュレーションを構築し、様々な衝突条件下での粒子変形および界面部温度変化を明らかにすることができた。さらに、粒子接合に必要となるクライテリオンを定量的に示すことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成26年度に得た良好なFSP強化VPS-W皮膜を対象として、より詳細な微細組織分析および物理・強度評価を計測し、FSP強化機構の検討をすすめるとともに、W皮膜・基材および界面に対してイオン照射実験を実施し、組織安定性の評価を中心とした耐照射性の評価を行い、耐照射性の観点でのFSP強化条件の絞り込みをすすめるとともに、FSP強化機構の解明をすすめる。FSP強化最適条件にもとづき、冷却チャンネル付き基材に対してFSP強化VPS-W皮膜を製作し、電子ビーム照射施設を主として利用して繰り返し熱負荷試験を実施し、FSP最適条件および最適W皮膜厚さの検討をすすめる。
また平成26年度の研究から、タングステン粒子が接合するために粒子速度として、800 m/s以上が必要であることが明らかとなった。このクライテリオンを満足し、未接合粒子によるエロージョンを防ぐためのプロセス改造を多面的に推し進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
FSP強化VPS－W皮膜の試作において、VPS-W皮膜製作時に混入する酸素が、FSP強化時の割れ発生に大きな影響を与え得ることが明らかになったことから、VPS-W皮膜製作の条件の見直しを実施した。このため、予定していた2回目のVPS-W皮膜製作を次年度に延期したため、次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
最適VPS-W皮膜製作条件にて、熱疲労試験体の製作を実施するにあたり、繰越分を使用することで当初予定より多めの熱疲労試験体を製作し、実験に供する。
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