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Conditions for the Occurrence of Novel Electromagnetic Separation Phenomena Observed in Aluminum Alloys and their Understanding

Research Project

Project/Area Number 20K05184
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 26060:Metals production and resources production-related
Research InstitutionChiba Institute of Technology

Principal Investigator

Tamura Yosuke  千葉工業大学, 工学部, 教授 (40316807)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords電磁分離 / アルミニウム合金 / 過共晶 / リサイクル / 省エネルギー / 材料創製 / 初晶 / 偏析 / スズ合金 / 対流 / 直接観察 / 凝固組織 / 電磁力 / 核生成
Outline of Research at the Start

二酸化炭素排出量削減の観点から,自動車等へのアルミニウム合金の使用量は,近年増加傾向にある.同時に回収されるスクラップ量も増え,その種類も多様化している.そのためアルミニウム合金溶湯(以下,溶湯と記す)の品質向上は,益々重要な課題となっている.
研究代表者は,直流電流と静磁場を同時印加した状態で溶湯を凝固させると,溶湯中の固体粒子が鋳塊表層に分離する現象を発見した.本研究では,「電磁力印加条件」および「凝固条件」等をパラメーターとした実験を計画し,当該現象の発現条件を明らかにすることでその理解を深め,アルミニウム合金の革新的な精製技術および高機能化技術へと発展させるための知見を得る.

Outline of Final Research Achievements

Electromagnetic separation phenomena of primary crystals observed in Al-10Fe and Al-25Si alloys, which were solidified while applying electromagnetic force, were investigated. Under predetermined conditions, primary crystals were segregated to the entire surface layer of the specimens by the electromagnetic force in both alloys. However, it was revealed that the electromagnetic force did not act on primary crystals that had already crystallized in the molten metal. When primary crystals segregated to the surface layer of the specimen, the central part of the specimen without them exhibited a supercooled structure with a fine eutectic structure including dendritic primary Al crystals. Additionally, a similar effect was observed in the Al-Si alloy by simply passing current through the molten metal. It appears that this novel electromagnetic separation phenomenon is triggered by the influence of electric and magnetic effects on the nucleation and growth of crystals.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電磁分離現象に係る当該分野においては,様々な近似・仮定に基づいたコンピュータシミュレーションが進んでいる。一方,その成果を技術として活用するには,実験事実に基づいた知見の蓄積が不可欠である。この点において,実験に基づく当該研究成果は貴重と言える。また従来報告されていない現象も発見されており,新たな学術分野の構築に繋がる可能性もある。新奇な電磁分離現象に関する理解を深めることは,リサイクルの効率化や新しい材料創製プロセスを開発することと同義である。以上より,本研究成果は学術的・社会的に有意義と言える。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Effects of Electromagnetic Force on Segregation Phenomena of Primary Crystals and Changes in Solidification Structure of Al-10Fe and Al-25Si Alloys2022

    • Author(s)
      田村洋介,早田博,Alexander McLean, 水野健太郎,高橋謙三
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Light Metals

      Volume: 72 Issue: 4 Pages: 115-121

    • DOI

      10.2464/jilm.72.115

    • ISSN
      0451-5994, 1880-8018
    • Year and Date
      2022-04-15
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 電磁場中で凝固したAl-10mass%Fe合金のX線CT観察2021

    • Author(s)
      牛尾優太,田村洋介
    • Organizer
      軽金属学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Al-Si合金の凝固組織に及ぼす電磁力の影響2021

    • Author(s)
      田中雄大,杉山立樹,植垣恵太,牛尾優太,田村洋介,水野健太郎,高橋謙三
    • Organizer
      一般社団法人軽金属学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 過共晶材料及びその製造方法2022

    • Inventor(s)
      田村洋介
    • Industrial Property Rights Holder
      千葉工業大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Overseas

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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