# Fileset

[1B-a04_Banno_Nb3Sn-Sn-alloy.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/d7588910-e796-4717-8d56-570c5f74c72b/download)

## Creator

[伴野 信哉](https://orcid.org/0000-0002-7141-541X), 浅井 航希, 谷貝 剛

## Rights

[In Copyright](http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/)

## Other metadata

[Cu・Zn共添加Sn合金芯の作製とそれを用いたNb3Sn層形成](https://mdr.nims.go.jp/datasets/c04915d0-f856-4149-8a65-3237ae7d58f3)

## Fulltext

講演概要の書き方（14ポイント）Cu・Zn共添加 Sn合金芯の作製とそれを用いた Nb3Sn層形成 Preparation of Cu‒Zn co-doped Sn alloy core and formation of Nb3Sn layer using it  伴野信哉 (NIMS); 浅井航希 (上智大学, NIMS); 谷貝 剛 （上智大学） BANNO Nobuya, (NIMS); ASAI Koki (Sophia Univ., NIMS); YAGAI Tsuyoshi (Sophia Univ.)  E-mail: banno.nobuya@nims.go.jp   1．はじめに  Nb3Sn 超電導線材は、次世代粒子加速器や原型炉用マグネットの候補線材となっている。これらの装置では、数千トンに及ぶ物量の Nb3Sn 線材が必要であり、高臨界電流密度化だけでなく、線材コストパフォーマンス改善も重要な課題である。コストパフォーマンスは、ワイヤーのデザインと伸線性に密接に関係している。良好な伸線性は、断線のリスクを抑制し、歩留まりを向上させる。さらに、良好な硬度バランスは、良好な断面形状の維持に貢献する。本研究では、Sn 芯硬度を増大させるために Cu と Zn を共添加した様々な Sn 合金を作製した。その微細組織、組成および硬度を調べた[1]。 2．実験方法 Sn 合金は Ar 雰囲気の通常の誘導加熱炉で鋳造した。添加元素として Cu、Zn、Ti を用いた。各構成材料を所定量組み合わせて混合物を調製した。この混合物を Cu の融点以上に加熱した。Ti の添加には、Ti 粉末（‒325 メッシュ）を用いた。混合物は、Ti が完全に溶解するのに十分な時間、一定の温度で加熱した。試料の微細構造は電界放出型走査電子顕微鏡（FESEM）を用いて観察し、組成分析はFESEM に付随するエネルギー分散型 X 線分光法（EDS）を用いて行った。断面は、まず多結晶ダイヤモンド懸濁液で研磨し、最終工程で非結晶化アモルファス 0.05μm および 0.02μm コロイダルシリカ懸濁液（MasterMet、Buehler社製）で研磨した。Sn 合金の硬度は、マイクロビッカース硬度計を用いて 0.025kgf の圧力で測定した。 溶製した Sn 合金のうち Sn–20Cu–30Zn–2Ti および Sn–10Cu–40Zn–2Ti を用いてチューブ法により 19 芯の多芯線を作製した(Fig.1)。拡散対の構成は、Nb/Sn 合金もしくは Nb/Cu/Sn 合金を採用した。後者は、高い Sn の拡散駆動力を抑制させるために薄い Cu層を挿入した構造である。 試料は、Nb3Sn 相形成のために 4h の昇温時間で100h/650℃の熱処理を行った。試料は、400、500、600、650 ºC、20h/650℃、50h/650℃で炉から取り出し、微細組織の時間変化を観察した。 3．実験結果と考察 Table 1 に、Sn 合金の組成と加工性、ビッカース硬度(Hv)をまとめた。Fig.2 に、代表的な Sn 合金の組織を示した。Sn に 50at%の Cu を入れると、樹枝状ε-CuSn 相が生成され、加工で深いクラックが発生する。一方、Zn と共添加することで（例えば 20at%Cu‒30at%Zn）、トータル組成で 50%の元素添加が可能となる。Table 1 に示すように、Cu・Znを共添加することで従来のSn‒2Ti合金に比べ、Hvが 2倍以上に増大可能である。Fig.4に、Sn–20Cu–30Zn–2Ti を用いて作製した線材の 650℃×100 h 熱処理後の組織を示す。Cu 層がない試料では、Sn の拡散駆動力が大きいことから界面に粗大な Nb3Sn 層が形成される。  謝辞 本研究は JSPS科研費 JP23K04453の助成を受けたものです。 参考文献 [1] N. Banno et al., presented at ASC2024, 3MOr2A-07, Salt Lake City   Fig.1. Cross-sections for RIT Nb3Sn precursor wires without and with a Cu thin layer. Table 1 Specifications of Sn-alloy (composition: at%) Name Sn Cu  Zn Ti Ductility Hv Sn‒2Ti 98 0  0 2 Good 11 Sn‒20Cu 80 20  0 0 Good 32 Sn‒50Cu 50 50  0 0 Brittle － Sn‒20Cu‒30Zn‒2Ti 48 20  30 2 Good 25 Sn‒10Cu‒40Zn‒2Ti 48 10  40 2 Good 20 Sn‒31Zn 69 0  31 0 Good 20 Sn‒5Cu‒5Zn 90 5  5 0 Good 19 Sn‒20Cu‒5Zn 75 20  5 0 Good 23   Fig.3. Comparison of microstructures of typical Sn-alloys.  Fig.4. Comparison of microstructures at the reaction interface after annealing (650 °C×100 h) for wires using Sn‒20Cu‒30Zn‒2Ti (a) without and (b) with Cu thin layer.