2022 Fiscal Year Annual Research Report
High accuracy thermophysical property measurement for high temperature melts over a wide temperature range using levitation techniques
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of Materials by Super Thermal Field: Neo-3D printing by Manipulating Atomic Arrangement through Giant Potential Gradient |
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| Project/Area Number |
22H05271
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
安達 正芳 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (90598913)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Keywords | 融体物性 / 非接触浮遊法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、金属3Dプリントでの単結晶組織形成や結晶方位の制御技術が開発され、メルトプールと結晶界面での成長挙動の解明が強く求められている。超温度場3DP研究領域では、急速溶融凝固プロセスの場となる超温度場をX線透過イメージング技術等によりその場観察することを研究項目に挙げている。その場観察結果の物理的な解釈および溶融凝固メカニズムの解明には、融液内の熱・物質輸送を支配する融液の熱物性値が不可欠である。また、超温度場では、鋳造等の従来プロセスに比べ、大きな温度分布とともに、局所的な深い過冷却部がメルトプールに形成されると考えられるため、その理解のためには、融液の熱物性値を過冷却領域も含めた幅広い温度領域で正確に取得することが要求される。そこで、本研究課題では、浮遊法を用いて融液の熱物性値を幅広い温度領域で取得し、融液の凝固過程のプロセスの物理的理解に資する基礎データを提供することを目的とする。
本年度は、3Dプリント材料として期待されているTi系合金のうち、その基礎となる二元系として、Ti-Nb二元系合金の融液の熱物性測定に着手した。昨年度の研究では、Ti-Nb合金融液の密度、表面張力、および垂直分光放射率を測定した。測定の結果、密度および表面張力について、それぞれ温度の上昇とともに低下することがわかった。一方、垂直分光放射率は、800から1000 nmの波長範囲において、温度依存性を示さなかった。測定した密度について、Ti-Nb融体が理想溶体であると仮定して得られる密度と比較したところ、両者はおおむね一致していた。
次年度はTi-Nb系融体の定圧熱容量と熱伝導率を測定するとともに、実用合金の熱物性測定も行う予定である。
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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
当初の予定通りにTi-Nb系の熱物性値の測定を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は本年度に引き続き、Ti-Nb合金融液の熱物性測定を継続し、定圧モル熱容量および熱伝導率の測定を実施する。定圧モル熱容量と熱伝導率の測定には静磁場印加電磁浮遊法を用いる。電磁浮遊法は、高周波コイル内に試料を設置することで試料を浮遊・融解させる手法である。定圧モル熱量量と熱伝導率はレーザー周期加熱カロリメトリー法により測定する。レーザー周期加熱カロリメトリー法では、浮遊した試料の上部に周期変調したレーザーを照射し、その時の試料下部の温度応答を測定する。
本年度は、上記の静磁場印加電磁浮遊法を用いた測定と並行し、Ti-Nb合金融液の粘性測定も行う。粘性測定はガスジェット浮遊法を用い、液滴振動法によって測定する。ガスジェット浮遊法は、円錐形のノズルからガスを噴出し、そのガス流によってノズル直上に試料を浮遊させる手法である。浮遊した試料にレーザーを照射することで試料を加熱・融解する。融解した浮遊液滴に、音波によって振動を励起し、その振動の減衰挙動を観測することで粘性を算出する。
また今年度は、上記のTi-Nb合金の熱物性測定に加え、3Dプリント材料として実際に使用される合金についての融体熱物性測定を行う。
二元系合金と実用合金の測定を通し、Ti系合金の基礎的な理解に資する結果と3Dプリント技術の高精度化に資する結果の両方を取得する。
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Research Products
(1 results)
