| 研究課題/領域番号 |
25420784
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
岩井 一彦 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80252261)
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| 研究分担者 |
熊谷 剛彦 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20250475)
大参 達也 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90169061)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 電磁振動 / 境界層 / 凝固 |
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| 研究実績の概要 |
合金の凝固時に電磁振動を印加することで、マイクロスケール流動を誘起し溶質濃度の分布制御の指針を得ることが目的である。そのために、今年度は以下のことを行った。
可視化実験：昨年度構築した硫酸銅水溶液系の可視化実験装置の改良を行い、計測精度を向上させた。すなわち、新たな高速度カメラ導入による空間分解能と時間分解能の向上、電極配置の適正化による密度差対流抑制に加えて、画像解析ソフトの導入による画像データからの濃度分布計算の時間短縮を図った。得られた成果として、デンドライトを模擬した凹凸固液界面近傍に電流と磁場を重畳印加させることで、デンドライト樹間に相当する箇所で流動が誘起されること、磁場と電流との重畳印加により形成された一方向流れに振動成分を重畳することで、デンドライトを模擬した凹凸固液界面近傍の境界層境界層が薄くなること、その境界層厚み低減効果はデンドライト根本部よりもデンドライト先端部の方が大きいこと、等が挙げられる。この結果は、電磁振動が凝固組織の形態を変化させうることを物語っている。
凝固実験：錫-鉛系共晶合金の凝固中における電磁振動印加の有無が、凝固組織形態の変化（微細化）を通じて溶質分布を変化させる可能性を見いだした。また、鉄系合金の凝固中に電磁振動を印加することで、溶質濃度の分布が変化した。これらの二つの凝固実験結果は、電磁振動が流動を誘起したことを示唆している。この結果を踏まえて、高固相率固液混相に対する振動を用いた液相流動誘起の可否について、超音波を用いて水モデル実験で調査したところ、流動誘起が可能であることが確認できた。
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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
可視化実験：電磁振動を印加された強電解水溶液内で形成される濃度境界層の経時変化が定量的に計測可能となったこと
凝固実験：電磁振動印加によるマイクロスケール流動誘起の傍証をみいだしたこと
これらの点は次年度の研究推進に繋がる研究項目であり、それらを達成したことから上記の評価とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
下記に述べる事項を重点的に推進する。
可視化実験：電流や磁場の向きなどの操作変数、固液界面形状がミクロスケール流動、濃度境界層に与える効果の解明を行う。
凝固実験：電磁振動の印加時期をパラメータとして低融点合金の凝固実験を行い、凝固後試料の濃度分布を調査する。そして、見かけ粘性が液相の千倍以上となるので従来方法では流動が誘起な凝固後期に流動が励起されることを、溶質の濃度分布から改めて確認する。そして、電磁振動の印加時期が濃度分布に与える影響を解明する。
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