2013 Fiscal Year Annual Research Report
高温融体の過冷却凝固・組織形成プロセス解析システムの創製
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25289273
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
塚田 隆夫 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10171969)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福山 博之 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40252259)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 高温融体 / 合金 / 過冷却凝固 / 相分離 / 熱流動 |
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| Research Abstract |
本研究では，合金の過冷却凝固プロセスの最適操作条件や設計指針の探索を援用する，静磁場重畳電磁浮遊技術とマルチスケールシミュレーション技術からなる“高温融体の過冷却凝固・組織形成プロセス解析システム”を構築し，さらに当該システムを利用することにより，CuCo等の過冷却融体の凝固プロセスを対象として，“プロセス－凝固組織構造の相関”を明らかにすることを目的とする。本年度は以下の項目を実施した。
(1) 申請者らが以前に開発した静磁場重畳電磁浮遊技術を利用した”超高温熱物性計測システム“に，新規購入した高速度ビデオカメラを設置し，過冷却凝固プロセスのその場観察機能も付与したシステムとした。また，電磁浮遊した溶融CuCo液滴等の過冷却凝固実験を通して，当該システムにより凝固速度・凝固界面モルフォロジー（過冷却域における相分離挙動も含む）の測定ができることを確認した。
(2) (1)のシステムを利用し，溶融CuCoの放射率測定を行い，放射率の温度及び組成依存性を明らかにした。
(3) (1)のシステムを利用し，種々の静磁場強度における溶融CuCoの過冷却凝固実験を行い，過冷却域で発現する相分離構造に及ぼす試料内対流の影響について検討した。結果として，静磁場強度の増加に伴う試料内対流の乱流-層流遷移が相分離・凝固組織構造に大きな影響を及ぼすことを明らかにした。
(4) マルチスケールシミュレーション技術の構築に当たり，Cahn-Hilliard方程式に基づく相分離シミュレーションコードの開発を行った。
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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
研究実績で述べたように，既存のシステムに高速度ビデオカメラを導入し過冷却凝固プロセスの観察を可能にしたことに加え，当該システムを利用し溶融CuCoの熱物性値測定を実施したこと，さらにCuCoの相分離・凝固組織構造と試料内対流との相関を明らかにしたことなどは，予想以上の成果と判断するが，マルチスケールシミュレーション技術の各要素モデルの開発が若干遅れていることを考慮し，全体としての評価を(2)とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下の点を重点的に検討する予定である。
(1) 高温融体の測定対象熱物性値の一つである粘性率に関して，磁場存在下での浮遊試料の表面振動から求める手法の開発を進める。
(2) 前年度に引き続き，マルチスケールシミュレーション技術の構成要素モデルである融体内熱流動シミュレーションモデル，相分離・凝固組織形成シミュレーションモデル，及び両者をつなぐ”橋渡し”モデルの精緻化を行う。
(3) 前年度に引き続き，溶融CuCoを対象として，(a) 熱物性値の測定及び(b) 印加静磁場強度（試料内対流の強度及び構造）を変化させて過冷却凝固過程及び凝固組織構造を観察するとともに，(2)のモデルを利用した数値シミュレーションを実施し，実験及び解析結果の比較から，操作条件（プロセス）と相分離・凝固組織構造との相関を検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。
平成26年度請求額にあわせ，平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
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Research Products
(3 results)
