| 研究課題/領域番号 |
19K04990
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26010:金属材料物性関連
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
鈴木 進補 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10437345)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 拡散係数 / 液体金属 / 自己拡散 / 不純物拡散 / 固有拡散 / 相互拡散 / 原子半径比 / 熱力学因子 / 原子量 / 後退散乱 / MDシミュレーション / 蛍光X線 / 原子半径 / 熱力学的因子 / Darkenの式 / シアーセル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液体金属の拡散を支配する因子の影響を定量的に明らかにし、拡散係数予測式を構築することを目的とする。シアーセル法と安定密度配置を用い，主にSn，Pb，およびAlを溶媒として拡散実験を行い，不純物拡散，自己拡散係数を測定する。また，Sn-Pb合金の拡散対による相互および固有拡散係数の同時測定も行う。これらのデータを基に，溶媒と溶質間における元素の半径比（溶媒元素の原子半径/不純物元素の原子半径）、熱力学因子で整理し定式化する。これを基に粘性などの既知の物性値データから、未知の不純物、固有および相互拡散係数を予測する式を構築する。
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| 研究成果の概要 |
本研究は、液体金属中の拡散係数の高精度予測式を確立することを目的として、シアーセル法と安定密度配置により対流抑制した実験を行い，主に以下の知見を得た。原子半径の温度依存性を、Protopapasの式、モル体積、および散乱回折実験から取得し、溶質に対する溶媒の原子半径比を使用して、不純物拡散係数を算出できる。溶媒融点付近において、溶質に対する溶媒の原子半径比がおよそ１より小さい範囲で、不純物拡散係数は、溶媒の自己拡散係数に、原子半径比、原子量比のn乗（Sn液体の場合0.119）を乗じた値として予測できる。原子半径比がこれより大きい範囲では、溶媒の自己拡散係数と同等として予測できる。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で得られた不純物拡散係数の予測手法を、今後、他の実用合金に適用することにより、凝固・結晶成長のシミュレーションの精度向上が期待できる。これにより、合金開発、プロセス開発を大幅に改善し、金属製品を高機能化・高性能化できる。本研究の実験データを適用すれば、MDシミュレーションの精度も向上する。これらの成果により、粘性係数など他の輸送係数の研究も、本研究成果を利用して発展させることができる。液体の構造とダイナミクスの理論構築への新展開へも貢献できる。
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