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CO_2ガスレーザーを熱源とし、Al-4.5%Cu合金を試料として試料の自己冷却により超急速凝固を実現させ、そのミクロ組織を以下のように調査した。
(1)CO_2ガスレーザー(最大5KW)実験;エネルギー出力1〜4KW、走査速度300〜400mm/s、ビーム半径6mmで、組織均一化をのための熱処理をした試料の表面に、レーザーを照射し急速凝固を行わせた。
(2)溶融領域、ミクロ組織;試料表面のエネルギー吸収率のレーザー出力依存性を検討するため、出力に対する溶融領域の大きさを測定した。
(3)ミクロ組織の形態、分布、大きさを、走査型電子顕微鏡により測定した。
以上の実験解析の結果以下のことが明かとなった。
(4)エネルギー吸収率は、出力1KWで19%、3KWで12.2%としたとき、溶融領域形状が実験測定結果と数値解析結果がよく一致することより、エネルギー吸収率が出力とともに減少することが明かとされた。
(5)有限要素熱伝導解析プログラムMARCを利用し、本研究に必要とされる試料内部の冷却速度、温度勾配を評価し、凝固するデンドライト、セルの成長速度が求められた。
(6)組織観察により、冷却速度5^*10^4/s、成長速度3^*10^<-1>m/sで、デンドライト界面形態からセル界面形態に、凝固ミクロ組織の遷移がが示された。
(7)界面の絶対安定成長速度付近の凝固速度においては、微細組織が確認できなかった。しかし、このことより絶対安定界面が実現していると結論づけることは、試料数不足によりできなかった。
(8)一方向微細アレイ構造を考慮した凝固成長理論により、上記結果と凝固条件の相関関係を調査検討中である。
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