磁場による溶融合金ジェット凝固過程の高速化と制御

• 研究課題/領域番号: 05239211
• 研究種目: 重点領域研究
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 奈良工業高等専門学校
• 研究代表者: 島岡 三義 奈良工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教授 (80162486)
• 研究期間 (年度): 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 1993年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
• キーワード: 回転液中紡糸法 / 磁場 / 急速凝固 / Cu‐Be合金 / Sn‐Pb‐Bi合金 / 形状制御 / 凝固組織

研究概要

回転液中紡糸法において、非磁性材料を対象として磁場中で紡糸を行い、電磁力によって伝熱係数増大化の方向にジェットの運動を能動的に制御し、剥離膜形成域での溶融合金ジェット凝固過程の高速化と凝固組織および形状制御の可能性を調べた。磁場は希土類永久磁石を対向設置(中心磁束密度0.45T)して形成した。試料合金として、Cu90Be10at%合金と(Sn61.9Pb38.1)90Bi10mass%合金を用い、得られた細線の軸断面の凝固組織をSEMで観測し、2次枝法によるデンドライト間隔および結晶粒界間隔などより凝固速度の高速化の程度を調べた。磁束の方向をドラム奥行き方向に設定し、定電流を流した場合、両合金の場合ともジェットを液層深く沈めることはできたが、断面形状は偏平化した。また、磁場の中心を凝固後に設置した場合は、ジェットの蛇行を抑制できることがわかった。磁束の方向をドラム半径方向に設定し、パルス状電流を流した場合、両合金の場合とも剥離膜形成域はむしろ長くなった。Sn‐Pb‐Bi合金の場合は、600mA以下であれば細線の断面形状はより円形になった。Cu‐Be合金はデンドライト凝固し、Sn‐Pb‐Bi合金では、Snリッチ相の地にPbリッチ相が晶出していたが、デンドライト成長方向やSn‐Pb‐Bi合金の凝固組織には、磁場の影響は特に認められなかった。両合金ともジェットの運動を液層深く沈める方向に制御したときに、急冷が促進される場合が認められたが、単に伝熱係数が増大しただけでなく、断面の偏平化による効果も付加されているものと考えられた。Cu‐Be合金ではデンドライト2次枝間隔から、凝固区間での平均冷却速度は、10^5K/s程度であろうと推定された。磁場の強度を上げ、かつ、磁場のおよぶ範囲を広げ、低電流でジュール熱を低下させ、大電磁力が得られるようにすることで、また、磁束の方向の異なった磁場を組み合せることで、断面の偏平化を抑制しつつ、急冷を促進することができるものと考えられた。