| 研究概要 |
熱プラズマは,種々の材料プロセスに応用されているが,プラズマと材料の境界領域の物理と化学が十分に理解されていないため,詳細なパラメータ制御が未だ十分になされていない.本研究は,溶接など材料が溶融して激しい蒸発を伴う熱プラズマ材料プロセスに焦点を絞り,プラズマと材料の間の熱・物質輸送について実験計測を行うことによって,材料と密接に関係するプラズマアーク電極現象を明らかにしようとするものである.
本年度は,純ヘリウムをシールドガスとして用いたガス・タングステン・アーク(GTA)溶接におけるプラズマを診断し,前年度の水冷銅陽極を用いた純ヘリウムGTAプラズマの診断結果と比較することによって,母材溶融池からアーク中に蒸発した金属原子がプラズマ状態に及ぼす影響を検討した.その結果,溶接中のアークは,タングステン陰極を中心とした純ヘリウム特有の淡赤色のプラズマ領域と母材陽極を中心とした青色のプラズマ領域に大きく分類されることが観察された.それぞれの領域に対してレーザ計測およびプラズマ分光計測を行った結果,前者はヘリウムを主体としたプラズマであるのに対し,後者は母材溶融池からの金属蒸気を主体としたプラズマであることが明らかとなり,さらに,前年度の計測結果と比較することによって,金属蒸気プラズマ領域の電子温度が大きく低下していることが明らかにされた.以上より,この電子温度の低下は,金属原子の電離エネルギーがヘリウム原子のそれに比べて非常に小さいため,アークプラズマ中において電離され易く,プラズマの電気伝導度を増加させてプラズマ中の電場(電界強度)を小さくさせた結果であると推察された.
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