2013 Fiscal Year Research-status Report
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25420788
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
大笹 憲一 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90111153)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | Al基合金 / フラクタル次元 / 柱状晶 / 等軸晶 / 2次デンドライトアーム間隔 / 部分凝固時間 |
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| Research Abstract |
最初にフラクタル次元の新しい測定法の検討を行った．実験で観察される初晶デンドライト組織のフラクタル次元を測定するために，初晶と共晶領域を識別し，初晶デンドライトの形状を抽出する必要がある．従来はこの作業を目視で初晶と共晶を識別し，手書きで初晶-共晶界面形状を抽出していた．しかしこの方法では測定者の感覚によって誤差が生じやすく，基準が曖昧であった．また目視と手書きによる識別に多くの時間を要した．そこでAl-Si二元合金を対象として組織写真のRGB値から初晶固溶体と共晶Si相を識別し，共晶領域を識別する新たなアルゴリズムを開発した．
続いて一方向凝固実験を行い，チル部から柱状晶，柱状晶-等軸晶遷移（CET），上部が等軸晶領域となる試料を作成し，縦断面および横断面のフラクタル次元を測定した．フラクタル次元は柱状晶領域，CET領域，等軸晶領域全体を通して部分凝固時間の1/3乗に負の相関を持って連続的に減少した．また，部分凝固時間が同じであれば縦断面および横断面のフラクタル次元は等しい値となることが分かった．この結果は任意の切断面でフラクタル次元を測定することにより，部分凝固時間を求めることができる可能性を示している
柱状晶領域の縦断面組織から2次デンドライトアーム間隔（SDAS）とフラクタル次元の関係を求めた．両者は負の相関を示した．この結果から2次アーム間隔の測定が困難な組織でも，任意の面でのフラクタル次元を測定することにより，2次アーム間隔に変換できる可能性を示した．
Al-Cu二元系合金，Al-Si-Cu三元系合金のフェーズフィールドシミュレーションで得られたデンドライト組織のフラクタル次元を調査した．その結果，両二元系合金とも初期組成が増加するとフラクタル次元は増加した．また，三元系合金では同じ組成の二元系合金よりもフラクタル次元が大きい値を示した．
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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
平成25年度の当初の予定ではAl-Si二元系合金，Al-Cu二元系合金およびAl-Si-Cu三元系合金の一方向凝固試料を実験で作成し，底部チルからの距離に沿ったデンドライト組織のフラクタル次元を測定する計画であったが，実際にはAl-Si二元系合金の実験しか行われておらず，その意味では計画より遅れていると言える．しかし，代わりに当初予定していなかったフラクタル次元の新しい測定法が開発出来ている．
また，当初計画していなかった縦断面と横断面のデンドライト組織のフラクタル次元を測定，比較することにより，切断面にかかわらずフラクタル次元から部分凝固時間を求めることが出来る可能性を明らかにした．このことは，今後のフラクタル次元の工学的応用を考える上で重要な成果と言える．また，柱状晶領域，柱状晶－等軸晶遷移領域，等軸晶領域の組織形態の差にかかわらず，一貫して部分凝固時間で整理できることを明らかにしたことも重要な成果と言える．
フェーズフィールドシミュレーションによる検討では，初期組成によるフラクタル次元の変化を明らかにすることが出来た．シミュレーションによる検討は実験を補完できるものであり，今後フラクタル次元を規定する要因を詳細に明らかに出来ると思われる．
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| Strategy for Future Research Activity |
部分凝固時間が等しければ柱状晶や等軸晶などの凝固組織形態に関わりなくフラクタル次元が等しくなること，および任意の断面のフラクタル次元は等しいという25年度に得られた実験結果を確認する．これはフラクタル次元の測定から部分凝固時間を推定する上で，極めて重要な事項である．実験は当面Al-Si二元系合金で行う．
次に当初の予定に従って，対象合金をAl-Cu二元系合金，Al-Cu-Si三元合金に拡張する．25年度に開発したフラクタル測定のための共晶領域認識アルゴリズムは針状Siの形態に基づくもので，層状形態のAl-Cu合金の共晶領域認識アルゴリズムを新たに開発する必要がある．Al-Cu合金のSDASとフラクタル次元の関係および部分凝固時間とフラクタル次元の関係を明らかにする．続いてAl-Cu-Si三元合金の一方向凝固試料を作成し，多成分系合金のフラクタル特性を明らかにする．
また，当初の予定に従ってフラクタル次元を測定した試料から引っ張り試験片を作成し，フラクタル次元と機械的特性の関係を求める．材料試験と平行してAl基合金に関して従来行われていたSDASと機械的特性に関する文献調査を行う．SDAS－フラクタル次元の関係から，フラクタル次元－機械的特性を関係づける．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
調査旅費が予定していた額よりも少なくすんだためである．
26年度の消耗品に当てる計画である．
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