2020 Fiscal Year Research-status Report
アルミニウム合金で観察された新奇な電磁分離現象の発現条件とその理解
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20K05184
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| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田村 洋介 千葉工業大学, 工学部, 教授 (40316807)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 電磁分離 / 凝固組織 / アルミニウム合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
過共晶Al-10Fe合金とAl-25Fe合金を用い，それぞれ初晶Fe化合物および初晶Siの電磁分離現象発現条件等を調査した．
はじめに試料の配置方法を，従来の「横型」から「縦型」に変更し，組織観察用試料の高品質化に成功した．次に初晶Fe化合物および初晶Siを試料表層に分布させる条件として，いずれも液相線よりも高い温度で電磁場を印加しなければならないことを明らかにした．加えてそれよりも低い温度では，電磁分離現象が起こらないことを確認した．電磁力は磁束密度を0.5 Tに固定し，電流値を0～130 Aまで可変とすることで制御した．その結果，Al-10Fe合金においては40 A, Al-25Si合金では，それよりも小さな電流値で電磁分離現象が起こることを明らかにした．また130 Aを印加すると，いずれも初晶は高密度に試料表層に分布し，特にその効果を明瞭に観察できることを示した．
初晶Fe化合物および初晶Siの分布に関しては，断面(2D)目視観察で評価していたが，Al-10Fe合金に関しては，X線計算機トモグラフィー(X線CT)の利用が初晶Fe化合物の分布を調査する際に，極めて有効であることを示した．一度のスキャンで試料全体における初晶Fe化合物の分布を立体的(3D)に評価可能であった．また電磁場の印加により，初晶Fe化合物の形態が，鋳塊表層から連続的に成長した「粗大板状」→「幅の狭い板状」→「微細板状」へ変化することを明らかにした．
「電磁分離現象の発現条件」ならびに「3D観察結果」に基づき考察を重ねた結果，当該年度においては，新奇な電磁分離現象の解明に繋がる足がかりを得たと考えている．Al-25Si合金に関しては，AlとSiの密度差が小さく，いくつかのX線CT装置で評価を試みたものの，依然として十分な結像コントラストを得ることには成功していない．
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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
試料の配置を「横型」から「縦型」に変更することにより，ミクロな鋳巣等を含まない高品質な試料を得ることができた．電磁分離発現条件についても，当初の予定通り，実験的に明らかにすることができた．それに伴い，装置設計を大幅に変更する必要がなくなった．またX線CTの利用が電磁分離現象の理解を深めるうえで予想以上に有効であった．以上より，研究を予定通り進めることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究システムについては概ね確立することができた．さらに研究を推進するため，外部機関に委託できる部分に関しては，担当技術者とより綿密に打ち合わせを行い，積極的かつ計画的に委託分析等を進められるように準備する．またコロナ禍での社会経済状況を鑑みると，実験装置の納期は遅れる可能性が高い．したがってその間を利用し，新しい研究成果を特許出願しながら学術論文等への執筆もできるようなサイクルを構築する．
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| Causes of Carryover |
令和2年度は，予定よりも少ない実験回数で研究成果を得ることができたため，消耗品類の使用量が減少し，結果的に次年度使用額を生じた．令和3年度の助成交付申請額は，直接経費において計2,100,000万円となっており，その内の約85%は実験装置購入費が占めている．したがって，実験装置の購入以外に使用できる予算は少ない．一方，装置の導入に伴い新たに発生する消耗品があると予想される．そこで次年度使用額53,324円に関しては，消耗品の購入費用に当てたいと考えている．
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Research Products
(1 results)
