| 研究課題/領域番号 |
23K20270
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| 補助金の研究課題番号 |
20H02453 (2020-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2020-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 千葉工業大学 |
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研究代表者 |
小澤 俊平 千葉工業大学, 工学部, 教授 (80404937)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 表面張力 / 高温融体 / 雰囲気酸素分圧 / 酸素吸着 / 無容器浮遊法 / ガス平衡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
溶接や鋳造等の自由表面を有する高温融体プロセスの最適化や現象解明の為に，表面張力の正確な値が強く求められている．金属融体の表面張力を正確に測定する為には，強力な表面活性元素である酸素が，試料中のみならず雰囲気中にも存在することを考慮しなければならない．また高温では，試料が容器との化学反応によって汚染されるため，測定自体が困難な問題もある．本研究では，試料の容器からの汚染回避と高温測定が可能な電磁浮遊法を用いて，二元系合金金融体の表面張力に対する組成，各元素の表面張力の大小，温度，雰囲気酸素分圧，合金元素の活量係数，酸素吸着量，酸素親和性等の影響を系統的に明らかにすることを試みる．
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| 研究実績の概要 |
溶接，鋳造，溶射等の自由表面を有する高温融体プロセスの最適化や現象解明のために，表面張力の正確な値が強く求められている．金属融体の表面張力は，雰囲気酸素分圧依存性を有する場合が多いが，合金融体において，組成，酸素分圧，温度の影響を同時にパラメータとした測定は無い．2022年度の研究では，活量係数が1より大きいFe-Cu合金融体について検討し，雰囲気酸素分圧が低いと，Cu組成が大きくなるほどそれが表面偏在することで表面張力が低くなるものの，雰囲気酸素分圧が高くなると，逆にFeが表面偏在する可能性が示唆された．そこで2023年度は，さらに測定を重ね，この現象について考察した．その結果Fe-Cu合金融体では，雰囲気酸素分圧が高くかつ温度が低い場合，Cu組成が小さいほど表面張力が溶鉄のそれと一致することが明らかとなった．またこの現象のために，Fe-Cu合金融体の表面張力は，温度上昇に伴って一旦増加した後，低下に転じることが明らかとなった．さらにCu組成がおおきくなるほど，高温では表面張力が低くなることが明らかとなった．このFeの表面偏在の傾向は，酸素量が多くなるほどFe-Cu合金融体からのCuの蒸発が抑制されるとの過去の報告と一致するものであった．
さらにこれらの結果を元に，合金の活量係数がほぼ1であるFe-Ni合金について，表面張力に対する温度，組成，雰囲気酸素分圧の影響を検討した．その結果Fe-Ni合金においては，雰囲気酸素分圧や組成に関係なく，表面張力が良い加成性を示すことを明らかにした．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では，二元系合金の表面張力に対する組成，温度，酸素吸着，活量係数（γ）の影響を系統的に明らかにすることを目的としている．当初の計画通り，現在までにγ<1，γ=1，γ>1の場合について一連の測定を既に行っている．2024年度はデータの蓄積と合金元素を変えた場合の再現性の確認を計画しており，順調に進展している．
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| 今後の研究の推進方策 |
2元系合金融体の表面張力測定が計画通り進行しており，その成果のいくつかを学会や論文で公表している．これらの結果を元にして，活量係数の異なる合金融体の表面張力を推算するためのモデル構築を同時に進めており，これらを組み合わせて研究の推進を図る計画である．
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