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論文

Study of container using hybrid technique for sulfuric acid decomposition of thermochemical water-splitting iodine-sulfur process

井岡 郁夫; 岩月 仁; 栗木 良郎*; 川井 大輔*; 横田 博紀*; 久保 真治; 稲垣 嘉之; 坂場 成昭

Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00377_1 - 19-00377_11, 2020/06

熱化学水素製造法ISプロセスは、大規模かつ経済性の高い水素製造法の候補の一つとして研究開発が進められている。ISプロセスの硫酸を蒸発・ガス化し、熱分解する工程の腐食環境は過酷であり、その環境に耐える機器材料にはセラミックスが用いられている。本研究は、脆性材料であるセラミックスに代わり、表面改質技術を用いて耐硫酸性と延性を兼ね備えるハイブリッド材料の開発を狙いとしている。プラズマ溶射技術とレーザー溶融処理技術の組み合わせより試作したハイブリッド材料試験片は、95%沸騰硫酸中で腐食速度0.01mm/yと良好な耐食性を示した。これは、表面に形成させた高Si濃度の耐食層が硫酸環境で酸化し、接液面にSiO$$_2$$層が生成したためと考えられる。さらに、本技術による容器の製作性を確認するため、溶接部、面取り部、曲面と容器形状要素を有する容器状構造体を試作したところ、表面に形成させた耐食層に剥離等の欠陥は認められなかった。このことから、硫酸に耐食性を有し、容器形状に施工可能な表面改質手法の基本技術を確証した。

論文

Development of container using plasma sprayed and laser treated material for sulfuric acid decomposition of thermochemical water-splitting iodine-sulfur process

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之; 坂場 成昭

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 5 Pages, 2019/05

熱化学水素製造法ISプロセスは、大規模水素製造法の候補の一つとして研究開発が進められている。ISプロセスの硫酸を蒸発・ガス化し、熱分解する工程の腐食環境は過酷であり、その環境に耐える機器材料にはセラミックスが用いられている。本研究では、脆性材料であるセラミックスを代替し得る、表面改質技術を用いて耐硫酸性と延性を兼ね備えるハイブリッド材料の開発を狙いとしている。プラズマ溶射技術とレーザー溶融処理技術の組み合わせより試作したハイブリッド材料試験片は、95%沸騰硫酸中で十分な耐食性を示した。これは、表面に形成させた高Si濃度の耐食層が硫酸環境で酸化し、接液面にSiO$$_{2}$$層が生成したためと考えられる。さらに、本技術による容器の製作性を確認するため、溶接部,面取り部,曲面の容器形状要素を有する容器状構造体を試作したところ、表面に形成させた耐食層に剥離等の欠陥は認められなかった。

論文

Out-of-pile characterization of Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ coating as electrical insulator

中道 勝; 河村 弘

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.719 - 723, 2001/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:53.2(Nuclear Science & Technology)

核融合炉においては、ブランケット部と支持構造部間を電気的に絶縁する必要がある。そのために、構造材であるステンレス鋼上に電気絶縁材としてのセラミックコーティング被膜を施工することが考えられており、電気絶縁性等の観点からセラミックコーティング被膜材としてAl$$_{2}$$O$$_{3}$$が候補材として挙げられている。ステンレス鋼母材上にAl$$_{2}$$O$$_{3}$$を施工する場合、母材とAl$$_{2}$$O$$_{3}$$との熱膨張差によりAl$$_{2}$$O$$_{3}$$被膜に剥離が発生する。このため、母材とAl$$_{2}$$O$$_{3}$$間にアンダーコーティング被膜を施工することを考案し、アンダーコーティング被膜材としては、熱膨張率がほぼ両者の中間であるSUS410及び80Ni-20Crの2種類を選定した。今回は、照射後特性評価に先立ち、炉外においてこれらアンダーコーティング被膜材がAl$$_{2}$$O$$_{3}$$被膜の基本的特性(耐熱衝撃性、密着力性、電気絶縁性及び耐機械的衝撃性)に及ぼす影響について調べた結果を報告するものである。

報告書

プラズマ溶射アルミナ電気絶縁コーティング膜の衝撃耐久特性に及ぼす衝撃面形状効果

金成 守康*; 阿部 哲也; 丹澤 貞光; 清水 克祐*; 豊田 真彦*; 惣万 芳人*

JAERI-Research 99-012, 21 Pages, 1999/02

JAERI-Research-99-012.pdf:2.26MB

プラズマ溶射によってステンレス鋼基材上に形成されたアルミナ電気絶縁コーティング膜の電気絶縁耐久性に及ぼす種々の面形状をもった落錘の繰り返し衝撃荷重の効果を調べた。落錘試験は、3種類の直径を有する平端面、くさび形、半球形、円錐形の各試験片形状について、落錘面と固定面の双方をアルミナとした場合のアルミナ/アルミナ組合せ、落錘面もしくは固定面のいずれか一方をステンレスとした場合のアルミナ/ステンレス組合せで行われた。アルミナ膜の電気絶縁耐久性は、算出された平均衝撃圧力の増加とともに低くなった。アルミナ/ステンレス組合せにおいて、アルミナ膜の電気絶縁耐久性は、アルミナ/アルミナ組合せの時と比較して約2.7倍以上に向上し、平均衝撃圧力640MPaで最長の210,000回だった。

報告書

Trial fabrication and preliminary characterization of electrical insulator for liquid metal system

中道 勝; 河村 弘; 小山田 六郎

JAERI-Tech 95-009, 44 Pages, 1995/03

JAERI-Tech-95-009.pdf:2.89MB

液体金属ブランケット設計では、MHD圧損が大きな問題となっている。その解決策として、構造体への電気絶縁材としてのセラミックコーティング膜の施工が考えられている。セラミックコーティング膜としては、高電気絶縁性及び優れたリチウムとの共存性の観点からY$$_{2}$$O$$_{3}$$が候補として挙げられている。本報告書は、電気絶縁材としてのセラミックコーティング膜の試作及び予備特性評価についてまとめたものである。本試作及び予備特性評価の結果から、母材SUS316上にSUS410をアンダーコーティングし、その上に緻密化処理したY$$_{2}$$O$$_{3}$$の大気プラズマ溶射膜を施工することにより、耐熱衝撃性に優れたY$$_{2}$$O$$_{3}$$膜を施工できることが明らかになった。

論文

Trial fabrication and preliminary characterization of Y$$_{2}$$O$$_{3}$$ film as electrical insulator in liquid metal blanket

中道 勝; 河村 弘; 宮島 生欣*; 原田 良夫*; 斎藤 実

Fusion Technology 1994, Vol.2, 0, p.1217 - 1220, 1995/00

核融合ブランケット開発の一環として、電気絶縁材料であるセラミックコーティング膜の構造体への施工について検討を行っている。コーティング材としては、電気絶縁性及びリチウムとの両立性の観点からY$$_{2}$$O$$_{3}$$が有望視されている。今回は、Y$$_{2}$$O$$_{3}$$膜の試作結果について報告する。本試作では、case1)化学緻密化(CDC)法、case2)プラズマ溶射法、case3)プラズマ溶射膜に封孔処理、case4)SUS410アンダーコート上にプラズマ溶射膜を施工後に封孔処理の4つの施工法について行った。本試作の結果、case 4の施工法で耐熱衝撃性に優れた膜が施工できることが明らかになり、Y$$_{2}$$O$$_{3}$$膜施工に関して技術的な見通しを得ることができた。

口頭

Development of hybrid material using plasma spraying and laser treatment for thermochemical water-splitting iodine-sulfur process

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之

no journal, , 

熱化学水素製造法(ISプロセス)は、ブンセン反応とヨウ化水素、硫酸の熱分解からなる。この3つの反応を組み合わせて、水から水素を製造する。構造材料は、酸の熱分解は高温、高酸化性の厳しい環境に曝される。この腐食環境で十分な耐食性を有する材料としては、Fe-高Si合金, SiC, Si1$$_{3}$$N$$_{4}$$の脆性材料のみが報告されているが、脆性材料を構造材として単独で使うことは困難である。そこで、耐硫酸性と延性をもつハイブリッド材料の開発を進めている。本研究では、プラズマ溶射とレーザー処理により作製したハイブリッド材料について、腐食試験を行った。腐食試験後、表面の割れ状態に着目して、断面観察を光顕及びSEM/EDXにより実施した。表面層にはクラックが確認されたが、クラック先端の腐食は認められなかった。腐食速度は0.5mm/yであり、47%沸騰硫酸中でもハイブリッド材料が耐食性を有することを確認した。

口頭

熱処理による耐硫酸用プラズマ溶射レーザー処理材料の耐食性の改善

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之; 坂場 成昭

no journal, , 

熱化学水素製造法(ISプロセス)は、大規模水素製造方法の有力な候補の一つである。ISプロセスには、硫酸を熱分解する厳しい環境が含まれている。ISプロセスの実用化を目指して、耐硫酸性と延性をもつハイブリッド材料の開発を進めている。プラズマ溶射とレーザー処理により作製したハイブリッド材料は、95%沸騰硫酸中で十分な耐食性を有したが、47%沸騰硫酸中では腐食速度が50倍程度増加した。この原因は、表面の割れが十分に封止されなかったためと考えられる。47%沸騰硫酸中での耐食性を高めるため、ハイブリッド材料に大気中800$$^{circ}$$C, 900$$^{circ}$$Cでの酸化処理を施した。酸化処理材の47%沸騰硫酸中で300時間までの浸漬試験を実施した。腐食速度は一桁程度低下し、本酸化処理がハイブリッド材料の耐食性向上に有効であることを確認した。腐食試験後の酸化処理材の断面SEM/EDX観察等により、耐食性改善のメカニズム及び長期健全性について表面割れの自己修復の観点から検討した。

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