高エネルギー大出力プラズマジェットの溶解・製錬への適用に関する研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555139
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小林 明 大阪大学, 溶接工学研究所, 助教授 (70110773)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 羽原 康裕 日本金属工業研究開発本部, 主席 ; 平田 好則 大阪大学, 工学部, 講師 (00116089) ; 吉川 孝雄 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (00029498) ; 黒田 敏雄 大阪大学, 溶接工学研究所, 助手 (00107096)
• Keywords: プラズマ溶解・製錬 / ガストンネル型プラズマジェット / アルミニウム / チタン / 大出力プラズマジェット / 熱移行率 / 溶解効率 / 高温・高エネルギー密度

Research Abstract

本年度は、前年度迄のデータの追試と追加実験を主体に研究を進め、研究の取り纏めを行なった。以下にその概要を示す。1.高エネルギープラズマ熱源であるガストンネル型大出力プラズマジェットの性能試験の追試を行ない、高熱効率、高温・高エネルギー密度等の特性を再確認した。また、プラズマジェットから材料への熱移行率の改善を行い、金属の溶解用熱源として利用のめどを付けた。さらに、真空プラズマ溶解のための基礎研究として、30kW級プラズマジェットを試作し、供試体への熱伝達特性を明らかにした。
2.ガストンネル型プラズマジェットによるアルミニウムなどの金属のの溶解実験を前年度に引続き行ない、その物理現象の解明の研究を進めた。アルミニウム合金の溶解実験の結果、溶解効率の向上のためには、溶解距離とともに、るつぼ形状を考慮する必要があることが判明した。
3.溶解したアルミニウムの組成の解明とともに、金属組織の変化について検討を加えた。その結果、アルミニウム合金ではプラズマ溶解により、粒内の細かい気孔が消失し粒界に気孔が集中した。また、電気炉の場合と同様、プラズマ溶解では溶融部の硬度の低下が見られた。一方、プラズマアークによるアルミニウム合金の溶接を行ない、アーク圧力の特性を明らかにするとともに、パルス電流による溶融部の凝固組織の微細化を明らかにした。
5.高エネルギープラズマジェットのその他の応用として金属材料の表面改質(チタン及びチタン合金の表面窒化)の実験を進め、ビッカース硬度2000のTiN膜を高速度で得た。チタン合金の溶解では、窒素プラズマにより溶解チタン内部まで窒素の固溶が観察され、新合金の作製法としても有効であることが確認できた。

Research Products

• [Publications] Akira Kobayashi: "¨Property of an Alumina Coating Sprayed with a Gas Tunnel Type Plasma¨" Proc.of ITSC. 1. 47-52 (1992)
• [Publications] Akira Kobayashi: "¨Melting of Aluminum Alloy by Using Gas Tunnel Type Plasma Jet¨" Trans.of JWRI. 21-1. 17-22 (1992)
• [Publications] Akira Kobayashi: "¨Surface Roughness and Characteristics of High Hardness Zirconia Coating by Gas Tunnel Type Plasma Spraying¨" Trans.of JWRI. 21-2. (1992)