2020 Fiscal Year Annual Research Report
完全非接触粘性計測による高温金属融体合金粘性モデルの構築
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20H02490
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
小畠 秀和 弘前大学, 地域戦略研究所, 准教授 (10400425)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笹嶋 尚彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70357127)
杉岡 健一 富山県立大学, 工学部, 准教授 (80438233)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 浮遊法 / 非接触測定 / 粘性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鋳造や溶接などのプロセスの最適化や新しい技術開発のために、高温で溶融状態にある物質の粘性データが必要とされている。しかし、粘性の報告値には20％以上のばらつきがあるため、多成分系の粘性を表すことができるシステマティックなモデルは構築されていない。本研究では雰囲気を制御できる密閉型ガスジェット浮遊装置と放射率に依存しない2波長反射率法を組み合わせた完全非接触の粘性測定を目指す。
溶融金属試料と容器との反応についての問題は、電磁浮遊法や静電浮遊法などに代表される浮遊技術によって解決されつつあるが、電磁浮遊法での測定では、振動の励起を引き起こす電磁攪拌力の存在、静電浮遊法では雰囲気の制御が困難であるため粘性を測定することは難しい。そこで本研究では密閉型ガスジェット浮遊装置を利用した雰囲気を制御した非接触での粘性測定を目的とした。
大気開放型のガスジェット浮遊装置による実験では、Ar-H2混合ガスを用いて浮遊させた銅試料を融解させたところ、表面が酸化された。一方密閉型に改良したガスジェット浮遊装置では試料の酸化を抑制し浮遊-融解できることを確認した。さらに音響装置を用いて溶融金属の表面振動を励起させ、粘性測定に必要な表面振動の減衰過程を高速度カメラで撮影することに成功した。
本装置の開発により、地上でも過冷却状態を含む広い温度範囲での溶融金属・合金の粘性測定が可能となった。今後これらのデータをもとに、組成や広い温度範囲に応じて融体の粘性がどのように変化するかを予測できる系統的なモデルの構築が期待でき、実用合金などについてもデータやモデル式を供給できるようになると考えられる。
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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
令和2年度は溶融金属の酸化を防ぐために昨年度より開発を進めているガスジェット浮遊装置を密閉型に改良した。酸化を防ぐためにガスノズルからAr-H2混合ガスを流しCu試料(直径2 mm)を浮遊させた後、炭酸ガスレーザーを照射して融解させた。浮遊融解させた状態で、音響装置で表面振動を励起させた時の振動の様子を撮影することに成功した。またAr-H2混合ガスを用いても、大気開放型のガスジェットで浮遊・融解させた試料は表面が酸化されたが、密閉型ガスジェットに改良することで、試料の酸化を抑制できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は作製した密閉型ガスジェット浮遊装置を用いて溶融金属の粘性測定を進めるとともに、2波長反射率比法による放射率に依存しない温度計測の浮遊液滴への適用を試みる。
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