TFマグネットのサンドブラスト用、白色溶融アルミナ製24メッシュ研磨材
TF超伝導磁石の主要基板は、316LN/304Lオーステナイト系ステンレス鋼、銅合金導体、および絶縁マトリックスで構成されています。サンドブラストの目的は、表面スケールと油/グリースを除去し、表面の粗面化を制御し、エポキシまたはポリイミド絶縁層の接着強度を高めることです。重要な制約には、強磁性不純物の厳重な禁止、残留汚染の最小化、表面形状の制御、および移動可能な金属イオンの導入の回避が含まれます。白色溶融アルミナは99.2%以上のAl₂O₃を含み、遊離鉄と磁性は実質的に含まれていません。一方、褐色溶融アルミナには鉄（Fe）とチタン（Ti）の不純物が含まれています。超伝導コイルに特徴的な極低温と強い磁場の下では、これらの不純物が渦電流、磁気ノイズ、および局所的な発熱を引き起こし、臨界電流を低下させる可能性があります。したがって、TFマグネットサンドブラストには高純度白色溶融アルミナ24メッシュが必須であり、茶色溶融アルミナ、スチールグリット、鉄グリットは不適当である。具体的な理由は以下のとおりである。
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材料メカニズム：白色溶融アルミナは強磁性不純物を含まず、絶縁接合が必要な極低温・高磁場環境で動作する超伝導磁石に求められる厳しい清浄度要件を満たしています。一方、褐色溶融アルミナと鋼粉には鉄不純物が含まれており、磁石の消磁リスクがあります。
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粒度メカニズム：F24グリットは、アンカーパターンの深さ、スケール除去効率、および基材への損傷の最適なバランスを実現します。より細かいグリット（F46/F60）は、精密加工後の軽い粗面化にのみ適しており、厚い圧延スケールを効果的に除去することはできません。
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エンジニアリング事例：ITER、JT-60SA、CFETRなどのプロジェクトにおけるプロトタイプTFコイルの場合、F24メッシュの白色溶融アルミナは、熱間圧延導体の前処理に常に適しています。一方、WFA 46メッシュは精密機械加工された導体に使用されます。これらのプロセスは、国内外の核融合工学プロジェクトで並行して採用されています。
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リスクパラメータ：F24は粒子サイズが大きいため、粒子が基材に埋め込まれたり、微細な損傷を与えたりするのを防ぐため、サンドブラスト圧力とブラスト後の洗浄を厳密に管理する必要があります。
粒度と研磨材の選択に関するより深い側面について：
まず、なぜ24メッシュの白色溶融アルミナを選ぶのか？
白色溶融アルミナ24メッシュは、公称粒径が約600～850μmです。その大きく鋭利な粒子は、一回の打撃で高い衝撃エネルギーを発揮するため、厚い酸化層、大量のミルスケール、および大面積導体基材の粗面化に適しています。また、1回のパスで深いアンカープロファイル（Rz 60～100μm）を実現できます。絶縁接合システムでは、十分なアンカープロファイルの深さが必要であり、深いプロファイルはエポキシ樹脂界面における機械的インターロック強度を著しく向上させます。
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より細かい粒度（F46/F60）では表面粗さが浅く（Rz 20～45 μm）、接着強度が不十分となる。高電流かつ低温の熱サイクル条件下では、絶縁層が剥離または脱着しやすい。国内プラズマ物理研究所におけるTF導体の基本プロセスでは、F24法とは異なるプロセス経路である、より薄い酸化膜層を持つ導体向けの中程度の粗さオプションであるF46を使用している。
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F24よりも粗い粒度（例えばF12/F16）の研磨材は、過剰な衝撃エネルギーを発生させ、塑性変形、表面の微細亀裂、および基材への応力集中を引き起こします。4.2Kの低温サイクル中、微細亀裂の伝播は導体の疲労破壊につながる可能性があります。さらに、粗い研磨材は粒子が埋め込まれやすく、除去が困難です。埋め込まれた粒子は、磁場にさらされると欠陥源となる可能性があります。
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WFA F24は、表面粗化において最適なバランス点を示します。十分なアンカープロファイル深さ、制御可能な塑性変形、および洗浄性を備えています。したがって、F24白色溶融アルミナは、国際的な核融合装置におけるTFコイルの製造仕様において、厚い酸化層を有する導体の前処理に適しています。
第二に、なぜ他のブラスト研磨材が選ばれないのか？
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褐色溶融アルミナ（BFA）：低コストだが、鉄とチタンを含んでいる。残留する強磁性不純物により、強い磁場下で局所的な発熱が生じ、クエンチを引き起こす可能性があるため、TF超伝導磁石には適さない。
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炭化ケイ素（SiC）：硬度が高く切削能力に優れているが、粒子が非常に脆い。破断すると超微細な粉末が基材に容易に埋め込まれ、除去が非常に困難である。また、電気伝導のリスクがあるため、絶縁システムには使用できません。
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スチールグリット／アイアンショット：強磁性体。即座に除外。
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ガラスビーズ：球形。表面仕上げにのみ適しており、十分なアンカー形状を作ることができない。絶縁体の接着強度が低下する。接着前の表面粗面化には使用せず、研磨にのみ使用する。
