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[NRIMNews1983-09.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/ba3d2e0a-3106-4a0b-8181-15f84e276be0/download)

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越川 隆光

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[金材技研ニュース 1983 No.9](https://mdr.nims.go.jp/datasets/ea4fe803-4b83-4186-b65a-277740076374)

## Fulltext

金属技研ニュース　1983　No.9i〇一．出Eoo一一〇⊂ωE0箏○コーooo－o〕0＝あ○蜆oo．］o－Eo－ooo］10〕’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○餉］○工←金属材料技術研究所核融合炉用超高温材料一セラミックコーティング材からセラミックスー金属複合材料の研究へ一　核融合炉の研究は，3大トカマク装置であるJT－60（日本），JET（EC），TFTR（米国）の建設が進み，数年内に核融合条件をつくりだすことができる段階にある。プラズマ状態になっている原子集団に核融合反応を起こさせるには，プラズマ閉じ込めと加熱などのプラズマ制御が最も重要な課題である。　第一壁表面材料は，この成否に直接的な影響をもっている。すなわちプラズマにさらされるライナー，リミターなどの材料は，プラズマからの熱や粒子束を受けて損耗し，材料表面から原子がプラズマに混入すると，放射損失によってプラズマ温度が下がり反応が停止してしまう。この現象は材料表面に軽元素のセラミックスをコーティングすること亡著しく抑制できる。　このようなわけで，各国でコーティング材の研究が進められている。その結果，JT－60ではMo基板にTiCを、またTFTRでは黒鉛基板にTiCを，各々厚さ20μm程度にコーティングした材料が選択されている。第一壁材料は1800Kを超える超高温まで，パルス的または周期的な過酷な加熱モードにさらされる。当研究所においても，これまで各種の蒸着方法を適用して，TiCコーティング材を中心にその耐熱性，耐表面照射性について研究を行い，2層コーティング，複合化合物コーティングなど新しい材料や技術を提案してきた。　さて，現在トカマク炉の研究はより大型の工学的設計の段階に達している。重水素（D）　3重水素（T）燃焼に伴って，第一壁材料には，中性子照射損傷，誘導放射能，Tの滞留・透過などの新たな問題が課せられている。なかでも，表面材料にとってとりわけ厳しい問題は，実験炉ではプラズマから受ける熱や粒子量が大きいためにJT－60等の場含に比べ，表面損耗量ははるかに大きいと推定されることである。　当研究所では，次段階の材料研究として，このような環境下で寿命の長いセラミックスー金属複合材料の開発を行う予定である1。コーティング材に適用してきた蒸着技術は損耗した表面の補修技術の研究として進める。実験炉以降の第一壁表面材料については，種々のプラズマ設計に対応した広い超高温材料が今後必要となる。Mo，Wなどの高融点金属，更にセラミックス単体などが注目されるが，信頼できるセラミックスー金属複合材料の開発が目下最も重要とみなされている。　当研究所ではこのような開発材料の特性評価として，耐熱性，耐照射性の他に水素の吸脱着特性を研究する。またTEXTOR実験（プラズマと第一壁の相互作用の研究のための国際協力実験，トカマク装置は西独にある）への参加等，トカマク実機による第一壁の研究を深めるためにも，内外の研究機関と協力して研究を進める計．画である。耐熱セラミックス被覆材の性能試験核融合炉第一壁表面材料の研究へ応用　核融合炉のリミター・ライナーなど第一壁表面材料として使われる炭化チタン（TiC）被覆モリブテン（Mo）は，炉運転中に熱応力・電磁力などに起因する変形を生ずる。基材のMo自身は室温以下まで延性を保つので，この変形に充分耐えられるが，TiCを表面被覆した場合は，皮膜がMo基材の機械的特悔を変化させ，ひいては予期せぬMoの脆化を弓1き起こす可能性がある。このTiC被覆Moの機械的性質の評価及び皮膜の剥離性・密着強度など実用上重要な特性評価を引張試験によって行った。　引張試験の結果、被覆したTiC皮膜白身の特性が異なる場合には，Mo基材の機械的特性に及ぼす影響が違ってくることがわかった。すなわち，TiCの被覆は変形初期にMo基材を軟化させる場合と硬化させる場合の両面をもっている。軟化効果はTiC皮膜の持つ強い圧締内部応力などと関係があり，硬化は皮膜の破断強度と関係があると考えられる。実用上の問題となるMo基材の延性低下については，TiC被覆はMo基材の破断伸びをあまり減少させないが破断面の絞り率を減少させる。そして破断様式は変形を伴った粒界割れから変形をあまり伴わない粒内害1」れ（壁開）へと変化する（写真）。その効果は密着性の良いTiC被覆に顕著である。これはTiC皮膜がMo基材の著しい変形を拘束するため，またはTiC皮膜の割れがMo基材に対して切り欠き効果を持つためと考えられる。一方，近年特に問題とされている，被覆材における皮膜の密着強度は引張試験によってかなり明らかにされる。引張試験の際，Mo基材の変形につれて，ほとんど塑性変形しないTiC皮膜には多数の割れが入り，変形量の増加とともに皮膜の一部は衆1」離を始める。皮膜の割れ・剥離に伴い発生する音波（アコースティック・エミッション）の計測，割れ・剥離の顕微鏡観察，及び応力・歪曲線から，一定の仮定のもとに，被覆材の皮膜　基材界面に働く勢断応力を推定できる。図にこのようにして評価したTiC皮膜一Mo基材界面に働く勇断応力の温度依存性を示す。勢断応力は温度の上昇とともに低下し，これに伴ってTiC皮膜は室温以上ではほとんど剥離しなくなる。この方法により評価したところ、マグネトロン・スパッタ法でMoに被覆したTiC皮膜の密着強度は350～400MPa（35～40㎏f／㎜2）程度になる。　皮膜の破断強度が高くなると，界面に働く聾断応力が大きくなることも測定結果からわかる。したがって，皮膜の耐剥離性の向上には，皮膜の破断強度を低下させるか，適当な強度の中問層を皮膜・基材界面に挿人すれば良いと推察される。事実，化学量論組成よりTiを過剰に含むTiC皮膜は，強度が低く，したがって界面での尊断応力が小さくなり，Mo基材変形時の剥離が著しく小さくなることが見い出されている。　　　　　　　　　500（日）　非被覆材　　　　　　　　　（1〕）　TiC被覆材写真　TiC被秘によるM⑪基材の破断様式の変化デ。OO＼。彗200　＼汕　　　　　　　　　　　　　　　o鎧1・　　　＼へ　　300　　　500　　　700　　　900　　　1100　　　　　温　　度（K）図　推定されたTiC皮膜一　　Mo基材界面での勢断応力スポットニュ’スセラミックス超微粒子の新製造法　近年，機能性材料としてのセラミックスはエレクトロニクス，光学、商催能機械材料などの分野でその需要が増大している。セラミックス素材に共通して要求されることは“セラミックスの趨微粒子化”である。　幾研究所では，水繁アークプラズマの活惟状態を利用し，酸化物，炭化物などのセラミックスの趨微粒子化に成功した。この方法は，水素を禽む雰囲気申で発生したアークフレームにより，セラミックス原料（A1203，MξO，Zr02，CaO，Ti02等）を加熱するもので、この反応過程でセラミックスが燃焼するかのように煙状となり，趨微粒子化（〇一1μm以下）される。　これらセラミックスの趨微粒子化現象は，先に当研究所で闘発した“金属の趨微粒予化”と郷以しておリ，岡一原理で説固増される。　　　　　　（機能材料研究部）　セラミックス粒手分散　強化型趨合金に用い　るCr－Al－Ti一Ta系　母合金粉を機械的粉　砕でつくる　ジェットェンジンや発麗夕一ビンなどの鮒熱材料として期待されているセラミックス粒子分散強化型超含金は機械的合金化法による複含粉を原料として製造される。その複含粉をつくる場含，Ni粉にCr粉，微鐙のセラミック粉及び含金元素としてのTi，A1，W，Mo，Taの組含せからなる数種徽の母含金粉を配含し，高エネルギーボールミルで粉砕，漉練する方法が一般に行われているが，この含金化には畏時闘を必要とする。合金化時閥を短縮する方法としては，配含粉の種類を少なくすることが有効である。　当研究所では，この冒的のため配合粉をN1基母含金粉（Ni－W一Mo系），Cr基母含金粉（Cr－A三一Ti－Ta系）及びセラミック粉の3稲とした。Ni姥母含金粉は水噴鵜法で，Cr基規含金粉は低酸素漉度とするため機械的粉砕法で製造する。特に後者について製造条件を検討した緒果，Cr60－70璽撮％の慨含金が最も徴れた粉砕性を示した。この組成純囲にあるCr姥母含金粉に，これに対応するNi錐母含金粉を配含すると，たとえば趨含金MA6000などが得られる。現狛三、この配含粉の機械自勺含金化条件を検討している。　　　　　　（金燭加工研究部）　マイコンによる浸炭　焼入材の強度計算　鋼の表遜i硬化法としての浸炭焼入処理は，表臓磁さを高めるとともに表硬噸化層に圧締残留応力を発生させ，鋼の高サイクル疲労強度及び耐燦耗性を向上させるので，機械普蝸1に広く利用されている。しかし，機械的催質の砕で特に延一1愛が著しく低下するところから，聞魑になる場含もある。　そこで当研究所では，漫炭焼入鋼の引張強さ及び漉げに及ぽす浸炭焼入条件，すなわち浸炭時閥や焼入逃度などの彬辮を調ぺた。その織果，浸炭焼入釜岡の冒1張り及び曲げ挙鋤をマイコンによって数分で解析できる触易酬難塑性プログラムを開発することができ，実験締築との対応を確認した。また浸炭焼入鋼の応力一葡描線の接線係徽と歪の閥係を表す搬1微上に現われる「こぷ」が護面破化層と心部の隣状によるものであることも見出した血　柵来は，実験データの諸微と解板の締密化によって，含理的な浸炭焼入条件の決定法を研究していきたい竈　　　　（疲れ試験部）超音波を利用して鋼の破壊じん性の測定法を確立　船舶，橘梁など多くの鋼構造物は、強度が50山80㎏麦／mm2級の高じん性鋼を用い，溶接によって作られることが多い。これらの繊遭物の安全性を確保するためには，欠1王儲を含む繊造材の破壊特性を充分奏1：る必要がある。商じん性材料の破壌特性としては、鋭い切欠き（疲労き裂〕の先端から，き裂が進腰し始める一1虹から求められる破壊祇抗のパラメーターJlcが多く使われる。このJI。は多数の養式験片を期いて狽11定するのが機雌的な方法とされている。　当研究所では、趨歯波を月司いて切欠き先端からのき裂遊農を検土肥し，少ない試験王’1’で締度よくJICを湖1」定する方法を検討してきた。その緒築，切欠き先端近くを遜過する趨音波の強さ変化及ぴ斜めに入射した趨歯波の反射の倣さ変化を狽11定して締度よくJlcを求める新しい方法を確立した。この方法は，試験1い二1］央普1三においてき裂が遮展を開始する1瞬閉を［サj確にとらえること．ができるという，命までの方淡にない特徴をもち，こオしにより数少ない蕎式験片でJlCを泌淀することが可能となった血　　　　　　（材＊斗強さ棚干究音1∫）ステンレス鋼の応力腐食簡易な推定法を確立　高漉縞圧反応滞のような機器に用いられるステンレス鋼の応力腐食割れ／SCC〕）の対策及び検淡技術の確立は璽要な諜魑である。　石滅締製工薬などで原油に禽まれる硫焚の不完金酸化によりポリチオン酸が生成しかつ，商沽、し使用に伜うステンレス劃一蜀♂）鋭倣化が璽なり含ったときにSCCが発坐する。　当研究所では棚々のポリチ才ン酸のうちテトラチオン酸がSCC誘発の圭困であることを兇出し、テトラチオン酸カリウム溶液をイオン交換によりK＋と跳十を磁換した溶液中でこの禰のSCCが蒋現できることを見蝪した．この溶液はポリチオン酸によるSCCの推定だけでなく，含Cr鋼全般の鋭赦化及び南榊1界腐食の評価にも牙I胴できる。　　　　　　（腐食防食研究音1∫）昭和58年度金属材料技術研究所研究発表会　金属材料技術棚1＝究阿テでは，毎隼研究発表会を闘f獲しておリます。本年度は，コンピュータを利用した新しい研究手法と機能材料に関する研究成果を哨コ心に，…’ド記の馴ヨについて発表いたします。闘係各位の多数のご来聴を得たく，御案内1ねし．．1二げます。　（聴，雑1幻ヰヨ）　目　ヨ寺：H召孝口58勾三11月8ヒヨ（ク（）　13＝30－17：王O　会場：金属材料技術研究所大会議窒　　　　　築虜（翻…目黒区［亨1目呉≒2－3一呈2（電蕎舌03－7i9－227王（千t））　　　　　　（策横線・地下鉄趾ヒ谷紬い＝1コ醐糞駅下車徒歩10分）　　　　　　　　　　　　　　　　来　プ　ロ　グ　ラ　ム　来13：30～13140　あいさつ　　　　　　　　　　申　」l1寵一13：40～15100　　　　溶接研究音1暇申村治方）　1　コンピュータ画像処理による金属材料纏織のキャラクタ1ノゼーシ呂ン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　金属物理研究部　主任研究官　深　町　正　利　　　コンピュータによる函像処理について概説し，さらにパワスペクトル解板による函像特徴の才歯出，電子線　　1薗附パターンの雌力解恢など電了搬微銚組織解板の白動化を曽的とした主要な研究成果を轍告する。　2　対話形式による溶接熱伝導シミュレータの闘発　　　　　　溶接研究部　第2研究室長　岡　囲　　　明　　　辛刀期条件や境界条件の設定が鰹雛な各櫛繊造物を，アーク漆接する時の溶1融・凝固及びその後の冷却に関　　するシミュレーションと，当研究所で作成した約200孟11榊の溶接罵連続冷却変態図のデータ・べ一スとを組含せ　　て適正溶按条件を決定する方法を轍告する凸15100－15：10休　憩1511ト王7：王0　　　　　　　　機能材料研究音1脹　渡　辺　亮　治）　3　金属の趨微粒子化技術の現状と新披術への模索　　　　機能材料研究部　鶴5研究室長　字　目ヨ雅　広　　　趨微粒子に特有な物理的・化学自勺な特性を利用した，機能惟材料の開発研究が盛んになりつつある。本講　　演では、我が1韮1における趨微紺r化技術とその応j羽の現状を概観し，当研究所で開発した金属及びセラミッ　　クスの趨微粒子化披術について紹介する。　4　鍛近の熱蟹材料と熱発躍繋子の製造　　　　　　　　　機能材料研究部　主任研究官　西　因　勲　夫　　　高効率熱電材料と経済的な熱電材料の熱奪鮒1能，及び利芦推について概説する。特に後者の材料として，　　FeSi2を取り上げ安伽な製遭法及び特徴を，またこの熱発電繁子の応用例として，電気コード不要の瀞風　　1暖蝪機の言式作■記1について述ぺる。　5　波長琢変赤外域半導体レーザ周材料　　　　　　　　　　　　金属物理研究部　部長　瑠　本　　　剛　　　波長3～4μmで波蔓可変になる半韓休レーザの研究の現状を概観し，このレrザ用材料として有望な鉛　　カルコゲナイド及びカルコゲンクロマイト化含物半導体に関し，発振波長の組成及び温度依存慨等について　　得られた研究成果を紹介するとともに今後の斉晒について述べる。伶短　信⑱海外出張　長井　寿極低漱機器材料研究グループ　低温材料に関する国際会議に出席のため，昭和58年8月13日から昭和58年8月22日まで，米国へ出張した。⑱人事桑動　昭棚8年8月20B付退職　津谷和夫（科学研究官）昇任　科学研究官　内山　郁　　　　　　　　　　　（原子炉材料研究部長）〃　原子炉材料研究部長　岡囲雅年　　　　　　（原子炉材料研究部第2研究室長）　　　　　　　遜慾　繁297号紬腺兼発行人　　越川隆光日1　扇1」株式会社三輿印刷　　　　　　東京蕎盾来斤可詰Eζi茎…宇農圭1睦r12　　　　　　　　　束京（03）359－38王1（千t望冬）発行所科学技術庁金属材料技術研究所東京翻屋纂枢中葛黒2丁目3番王2号　　勇芝京　く03）　7！9－2271　｛イ犬妻這）垂1董　　イ憂…　　番　　号　　　王53