2017 Fiscal Year Annual Research Report
固液界面物性の新奇異方性の学理開拓と新規凝固組織制御法
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16H04541
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大野 宗一 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30431331)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澁田 靖 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90401124)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 凝固組織 / 界面物性 / デンドライト / フェーズフィールド法 / 分子動力学法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、固液界面エネルギーの異方性、すなわちデンドライト優先成長方位が合金濃度に依存することを多様な合金系において明らかにし、その学理の構築を試みるとともにその現象を利用した組織制御法を開発することにある。これらを達成するために、一方向凝固実験、フェーズフィールド法による凝固組織のシミュレーション、そして分子動力学法による固液界面物性の解析を実施した。
現在まで、Al基合金に加えて、Cu基およびNi基合金においてもfcc固溶体の優先成長方位が溶質添加によって変化することを見出した。一方、分子動力学法によって固液界面エネルギーの異方性強度の濃度依存性を算出する方法の開発も試み、fccの参照系であるレナード・ジョーンズ系においても、異方性強度が濃度に依存することを明らかにした。したがって、多様な合金系で、優先成長方位の濃度依存性が発現することが本研究で明らかになった。
そこで、等軸晶凝固を対象にしたフェーズフィールド・シミュレーションを行い、異方性強度と組織形態の関係を系統的に調査した。その結果、<100>成長、<110>成長、そしてhyperbranching成長領域が存在することが示され、さらにhyperbranching成長領域は、<100>-like hyperbranching成長、<110>-like hyperbranching成長領域に分類できることが示された。これらの領域が凝固時の過冷度や合金の分配係数に如何に依存するのかについても調査を進め、組織形態マップの形で整理した。このマップは今後の凝固組織制御において活用されることが期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度の実験で多様な合金系で界面物性が溶質濃度に依存するこを明らかにしたが、本年度は分子動力学法による界面物性の算出からそれを指示する結果が得られた。さらに、フェーズフィールド法から組織形態マップを作成することにも成功し、多方面から本現象の解析を進めることができ、当初の計画通り順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
実プロセスでは、等軸晶凝固のみならず柱状晶凝固が生じるため、今後は柱状晶凝固を対象にした組織形態マップの作成に注力する。このマップは、デンドライト優先成長方位の遷移現象を利用した組織制御指針を与えるものであり、本研究でそのマップを構築し、新しい組織制御法の検討を行う。
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