2013 Fiscal Year Research-status Report
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25420784
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
岩井 一彦 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80252261)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊谷 剛彦 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20250475)
大参 達也 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90169061)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電磁振動 / 境界層 / 凝固 |
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| Research Abstract |
合金の凝固時に電磁振動を印加することで、ミクロスケール流動を誘起し溶質濃度の分布制御をすることが目的である。そのために、今年度は以下のことを行った。
流動に関する理論解析：一次元モデルを用いて電磁場解析、流動解析を行い、電磁振動を与えたときの速度境界層厚みを求めた。その結果、振動の速度境界層程度の厚み程度壁から離れた位置では流体が振動することが分かった。また、濃度勾配、温度勾配、電気伝導度の不均一分布により生じる対流の大きさを評価した。
可視化実験：硫酸銅水溶液とビデオカメラ、光源を組み合わせた可視化実験系を構築した。本実験系は水溶液系にもかかわらず水素、酸素などのガスがほとんど発生しないこと、マーカーを水溶液内に浮遊させることで電極近傍での流動観察が可能であること、電極近傍での濃度境界層が観察可能であること、が特長である。本実験系で超音波を印加したところ、濃度境界層が一時的に消滅する様子が観察された。また、本実験系で濃度境界層厚みを計測したところ、一方向流れのみのときの濃度境界層厚みに較べて電磁振動印加時の濃度境界層厚みは薄くなった。ただし、精度が良くないので、精度向上が必要である。
凝固実験：Al-Cu系合金を対象として、電磁振動印加実験を行った。その結果、凝固組織は振動の有無にかかわらずいずれもデンドライトであったが、振動電磁場を印加することで、Cuの低濃度域、高濃度域の割合が増加した。すなわち、デンドライト樹芯付近ではCu濃度が低下、樹間ではCu濃度が増加した。このことは、振動電磁場が流動を誘起したことを示唆している。また、電磁振動の有無により平均組成に変化はなかった。
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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
電磁場印加下で濃度境界層と速度境界層の両方が可視化可能な実験の実験系が構築できたことは今後の研究進展のうえで大きな意義がある。凝固実験に関しても、振動印加の有無によりミクロスケールの溶質分布状態が異なることを確認した。理論解析においては、磁振動を与えたときの速度境界層厚みを求めるとともに、濃度勾配、温度勾配、電気伝導度の不均一分布により生じる対流の大きさを評価した。以上の点から、上記の達成度と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
可視化実験では、濃度境界層における濃度の計測精度向上、流速制御の向上、凝固実験では、偏析評価精度の向上を優先的に取り組む。可視化実験では界面形状や振動パラメータが濃度境界層に与える影響について調査する。凝固実験については、低融点合金を用いることで実験を容易にして、偏析、組織に与える電磁振動以外の要因を低減させることも視野に入れる。これらの事項を重点的に推進する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
差額の1万円強は、消耗品の購入経費の節約により生じた。
凝固実験の面分析費用、あるいは消耗品（るつぼ、電極など）などに使用予定である。
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Research Products
(3 results)
