AbstractIn the design of liquid-metal cooling systems for fusion blanket applications, the corrosion resistance of structural materials and the magnetohydrodynamic (MHD) force and its subsequent influence on thermal hydraulics and corrosion are major concerns. The objective of this study was to develop stable corrosion-resistant electrical insulator coatings at the liquid-metal-structural-material interface, with emphasis on electrically insulating coatings that prevent adverse MHD-generated currents from passing through the structural walls. Vanadium and V-base alloys (VTi or VTiCr) are leading candidate materials for structural applications in fusion reactors. When the system is cooled by liquid metals, insulator coatings are required on piping surfaces in contact with the coolant. Various intermetallic films were produced on V, V5Ti, and V20Ti, V5Cr5Ti, and V15Cr5Ti, and Ti, and on types 304 and 316 stainless steel. The intermetallic layers were developed by exposure of the materials to liquid Li containing 3–5 at.% dissolved metallic solute (e.g. Al, Be, Mg, Si, Ca, Pt, and Cr) at temperatures of 416–880°C. Subsequently, electrical insulator coatings were produced by reaction of the reactive layers with dissolved N in liquid Li or by air oxidation under controlled conditions at 600–1000°C. These reactions converted the intermetallic layers to electrically insulating oxide-nitride or oxynitride layers. This coating method is applicable to reactor components. The liquid metal can be used over and over because only the solutes are consumed within the liquid metal. The technique can be applied to various shapes (e.g. inside or outside of tubes, complex geometrical shapes) because the coating is formed by liquid-phase reaction. This paper discusses initial results on the nature of the coatings (composition, thickness, adhesion, surface coverage) and their in situ electrical resistivity characteristics in liquid Li at high temperatures.
核融合ブランケット応用における液体金属冷却システムの設計において、構造材料の耐食性と磁気流体力学（MHD）力、およびその熱流動と腐食への影響は主要な関心事である。本研究の目的は、液体金属と構造材料の界面における安定した耐食性電気絶縁コーティングの開発であり、特にMHDによって生成される電流が構造壁を通過するのを防ぐ電気絶縁コーティングに焦点を当てた。バナジウムおよびV基合金（V–5Ti、V–20Ti、V–5Cr–5Ti、V–15Cr–5Ti）は、核融合炉の構造材料として主要な候補である。システムが液体金属で冷却される場合、冷却材と接触する配管表面には絶縁コーティングが必要である。様々な金属間化合物被膜をV、V–5Ti、V–20Ti、V–5Cr–5Ti、V–15Cr–5Ti、Ti、ならびに304および316ステンレス鋼上に作製した。金属間化合物層は、材料を、3～5at.%の溶解金属溶質（例：Al、Be、Si、Mg、Ca、Pt、Cr）を含む液体Liに416～1000°Cの温度で曝露することにより形成した。その後、電気絶縁コーティングは、反応層を液体Li中の溶解Nと反応させるか、または制御された条件下で600～1000°Cの空気酸化により作製した。これらの反応により、金属間化合物層は電気絶縁性の酸化物–窒化物または酸窒化物層に変換された。このコーティング方法は、炉構成部品に適用可能である。液体金属は、溶質のみが液体金属内で消費されるため、繰り返し使用できる。この技術は、液相反応によりコーティングが形成されるため、様々な形状（例：管の内外面、複雑な幾何学的形状）に適用できる。本論文では、高温の液体Li中におけるコーティングの性質（組成、厚さ、密着性、表面被覆率）とそのin situ電気抵抗率特性に関する初期結果について論じる。