ニッケル基耐熱合金の熱物性計測技術の開発と高温融体科学のフロンティア開拓

• 研究課題/領域番号: 26249113
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属・資源生産工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福山 博之 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40252259)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 40,040千円 (直接経費: 30,800千円、間接経費: 9,240千円); 2017年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2016年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2015年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2014年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
• キーワード: 熱物性 / 高温融体 / 密度 / 熱容量 / 熱伝導率 / 放射率 / 融体物性 / Ni-Al合金 / 電磁浮遊法

研究成果の概要

高効率火力発電やジェットエンジン用タービンブレードを開発するためには，数値シミュレーションを用いた鋳造技術の開発が必要であるが，シミュレーションに必要な溶融合金の熱物性は，測定が困難でほとんど整備されていないのが現状である．本研究では，静磁場を重畳した電磁浮遊法をNi合金に適用し，溶融Ni合金の熱物性（密度，熱容量，熱伝導率，放射率）を広い温度範囲で高精度に測定できる技術を構築し，これら熱物性値を温度と組成の関数として測定した．密度や熱容量の組成依存性は理想溶体モデルと比較しその過剰量を算出した．また，熱伝導率については自由電子モデルと比較して検討し，フォノン伝導の寄与を確認した．

研究成果

• [雑誌論文] Therophysical properties of liquid Co measured by electromagnetic levitation technique in a static magnetic field (2018)
  • 著者名/発表者名: Manabu Watanabe, Junichi Takano, Masayoshi Adachi, Masahito Uchikoshi, Hiroyuki Fukuyama
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Themodynamics 巻: 121 ページ: 145-152
  • DOI: 10.1016/j.jct.2018.02.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Normal spectral emissivity and heat capacity at constant pressure of Fe-Ni melts (2017)
  • 著者名/発表者名: Manabu Watanabe, Masayoshi Adachi, Hiroyuki Fukuyama
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: 52 号: 16 ページ: 9850-9858
  • DOI: 10.1007/s10853-017-1122-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Densities of Fe-Ni melts and thermodynamic correlations (2016)
  • 著者名/発表者名: Manabu Watanabe, Masayoshi Adachi, Hiroyuki Fukuyama
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: 51 号: 7 ページ: 3303-3310
  • DOI: 10.1007/s10853-015-9644-2
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 溶融Au-X系合金（X = Cu, Pd, Ni）の過剰体積と熱力学関数の相関 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 学, 安達正芳, 福山博之
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会第175回春季講演大会
• [学会発表] DENSITY MEASUREMENT OF LIQUID STATE BINARY PLATINUM ALLOYS USING EML METHOD WITH STATIC MAGNETIC FIELD (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe, M. Adachi, M. Uchikoshi, H. Fukuyama
  • 学会等名: 21 st European Conference on Thermophysical Properties (ECTP)
  • 国際学会
• [学会発表] 白金系規則・不規則変態合金融液の過剰体積 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 学、安達正芳、福山博之
  • 学会等名: 第38回日本熱物性シンポジウム
• [学会発表] 電磁浮遊法を用いたNi-Al合金融液の密度測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤明香輪, 安達正芳，福山博之
  • 学会等名: 第37回日本熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 岡山国際交流センター（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2016-11-28
• [学会発表] Heat capacity measurements for Fe-Ni melts using noncontact laser modulation calorimetry (2016)
  • 著者名/発表者名: Manabu Watanabe, Masayoshi Adachi, Hidekazu Kobatake, Hiroyuki Fukuyama
  • 学会等名: The 11th Asian Thermophyical Properties Conference(ATPC2016)
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] Densities and excess volumes of liquid Ni-Al alloys (2016)
  • 著者名/発表者名: Akari Sato, Hideo Higashi, Masayoshi Adachi, Makoto Ohtsuka, Hiroyuki Fukuyama
  • 学会等名: The 11th Asian Thermophyical Properties Conference(ATPC2016)
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] 溶融Ni-Al合金の密度の温度依存性及び過剰体積の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤明香輪、安達正芳、福山博之
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会第172回秋季講演大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] 静磁場印加電磁浮遊法を用いた溶融Fe-Ni合金の垂直分光放射率および定圧熱容量測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 学, 安達正芳, 小畠秀和, 福山博之
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会第171回春季講演大会
  • 発表場所: 東京理科大学 （東京都葛飾区）
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] 溶融Ni-Al合金の高精度密度測定と過剰体積の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤明香輪, 東英生, 安達正芳, 大塚誠, 福山博之
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会第171回春季講演大会
  • 発表場所: 東京理科大学 （東京都葛飾区）
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] 非接触レーザー周期加熱カロリメトリーを用いた溶融Fe-Ni合金の定圧熱容量測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 学, 東 英生, 安達正芳, 福山博之
  • 学会等名: 第36回日本熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学 （宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-10-19
• [学会発表] 溶融Ni-Al合金密度の温度及び組成依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤明香輪, 東 英生, 安達正芳, 大塚 誠, 福山博之
  • 学会等名: 第36回日本熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学 （宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-10-19
• [学会発表] 静磁場印加電磁浮遊法による溶融Ni-Al合金の密度測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤明香輪, 福山博之, 大塚誠, 東 英生
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会第１７０回秋季講演大会
  • 発表場所: 九州大学 （福岡県福岡市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Density Measurements of Liquid Fe-Ni Alloys using an Electromagnetic Levitation Technique in a Static Magnetic Field (2015)
  • 著者名/発表者名: Manabu Watanabe, Hideo Higashi, Masayoshi Adachi, Hiroyuki Fukuyama
  • 学会等名: 19th Symposium on Thermophysical Properties
  • 発表場所: University of Colorado (Boulder, CO, USA)
  • 年月日: 2015-06-21
  • 国際学会
• [学会発表] Ni-Al合金における液相線温度の決定と溶融合金の密度測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤明香輪，福山博之
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [備考] 東北大学ー福山研究室
  • URL: http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/fukuyama/
• [備考] 東北大学－福山研究室
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/modules/laboratory/index.php?laboid=17
• [備考] 超高温熱物性計測システムPROSPECT
  • URL: http://www.prospect-fw-tohoku.com/