Development of aluminum (Al5083)-clad ternary Ag-In-Cd alloy for JSNS decoupled moderator

JSNS非結合型モデレータにおける、アルミ合金(Al5083)と3元系Ag-In-Cd合金の被覆材料の開発

勅使河原 誠   ; 原田 正英   ; 斎藤 滋   ; 及川 健一   ; 前川 藤夫  ; 二川 正敏  ; 菊地 賢司; 加藤 崇; 池田 裕二郎; 直江 崇*   ; 小山 智史*; 大井 俊志*; Zherebtsov, S.*; 川合 將義*; 栗下 裕明*; 小無 健司*

Teshigawara, Makoto; Harada, Masahide; Saito, Shigeru; Oikawa, Kenichi; Maekawa, Fujio; Futakawa, Masatoshi; Kikuchi, Kenji; Kato, Takashi; Ikeda, Yujiro; Naoe, Takashi*; Koyama, Tomofumi*; Oi, Toshiyuki*; Zherebtsov, S.*; Kawai, Masayoshi*; Kurishita, Hiroaki*; Konashi, Kenji*

現在、J-PARCで建設が進められている核破砕中性子源において、パルス特性を向上させるために熱中性子吸収材としてAg-In-Cd合金が採用された。一方、熱除去及び冷却水による浸食の観点からAg-In-Cd合金をAl合金(Al5083)で被覆する必要があり、Ag-In-Cd合金とAl5083と接合に関する開発が急務になった。そこで、HIP(熱間等方圧延)を用いてAl5083と3元系Ag-In-Cd合金との接合に関する試験を行った。小試験片(20mm)において良い接合条件が見つかり、接合領域にAlAg生成による硬い相の形成が見られるものの、必要とされる機械的強度(20MPa)より大きい結果が得られた。実機を模擬した大型試験片(20020030mm)においても、接合が成功し、小試験片と比較して機械的強度が多少落ちるが必要とする強度を満足した結果が得られた。

We adopted silver-indium-cadmium (Ag-In-Cd) alloy as a material of decoupler for decoupled moderator in JSNS. However, from the heat removal and corrosion protection points of view, the Ag-In-Cd alloy is needed to clad between Al alloys (Al5083). We attempted to obtain good bonding conditions for between Al5083 and ternary Ag-In-Cd alloys by HIPing tests. The good HIP condition was found for small test piece (20mm). Though a hardened layer due to the formation of AlAg was found in the bonding layer, the rupture strength of the bonding layer was more than 20 MPa, which was the calculated design stress. Bonding tests of a large size piece (20020030 mm), which simulated the real scale, were also performed according to the results of small size tests. The result also gave good bonding and enough required-mechanical-strength, however the rupture strength of the large size test was smaller than that of small one.