アンカーやペグで基材にがっちり張り付くα-Al2O3被膜 - 核融合炉などの保護性被膜、剥がれにくくなるメカニズムを解明 -
2023.8.24東京工業大学
横浜国立大学
核融合科学研究所
研究成果（プレスリリース）概要
東京工業大学 科学技術創成研究院 ゼロカーボンエネルギー研究所の近藤正聡准教授と同 環境・社会理工学院 融合理工学系の北村嘉規大学院生、横浜国立大学の大野直子准教授、核融合科学研究所の菱沼良光准教授らは、核融合炉の液体金属ブランケットなどの腐食環境下において構造材料を保護する、α-Al2O3被膜（アルファアルミナ）の成長や基材との付着性を促進するメカニズムを明らかにした。
核融合炉や高速増殖炉、太陽熱発電所などのエネルギープラントでは、高効率なエネルギー変換を実現するために、優れた伝熱性を有する液体金属を冷却材として利用することが検討されている。しかし、高温の液体金属には構造材料を腐食するという問題がある。その対策として、液体金属を冷却材とする機器の構造材料の表面に緻密な保護性酸化被膜を形成させて、腐食を抑制する方法が検討されてきた。
近藤准教授らは、酸化物分散強化型（Oxide Dispersion Strengthened: ODS)のFeCrAl合金が緻密な組織からなるα-Al2O3被膜を形成することに注目し、被膜の成長挙動を調べた。その結果、合金中に含まれるチタン（Ti）やイットリウム（Y）、ジルコニウム（Zr）が被膜内に移動して細長い酸化物を形成し、酸素だけが通れるトンネルのような役割を果たすことで、被膜の成長を促していることを突き止めた。さらに、被膜が成長する過程において、アンカーやペグに似た構造を自ら形成し、基材表面への付着強度を大きく上昇させることも明らかにした。こうしたメカニズムはα-Al2O3被膜が有する高い保護性をさらに促進すると結論できる。
本研究成果は、ゼロカーボンエネルギーの実現を目指して加速している核融合炉等のエネルギープラント開発に要求される、構造材料の過酷環境下バリア技術の成立につながるものと期待され、Elsevierの「Surface and Coating Technology」オンライン版に2023年7月6日付で掲載された。
詳しくは東京工業大学のページをご覧ください。
【論文情報】
雑誌名：Surface and Coating Technology
題名：Excellent adhesion of protective α-Al2O3 layer formed on ODS FeCrAl alloys
著者名：Yoshiki Kitamura, Masatoshi Kondo, Naoko Oono-Hori, Yoshimitsu Hishinuma
DOI：10.1016/j.surfcoat.2023.129787
【関連リンク】
【本件のお問い合わせ先】
- 研究内容について
大学共同利用機関法人
超伝導・低温工学ユニット
准教授 菱沼 良光（ひしぬま よしみつ）
電話: 0572-58-2315