2015 Fiscal Year Annual Research Report
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
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26249113
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
福山 博之 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40252259)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 融体物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鋳造プロセスによるタービンブレードの製造において，鋳型内部の溶湯の流れや伝熱に関する理解・制御が必要不可欠である．鋳型内部の現象を再現するための数値シミュレーションには溶融合金の正確な熱物性値が必要となる．平成27年度は昨年度に引き続き，Ni-Al合金ならびにFe-Ni合金に注目し，静磁場印加電磁浮遊法を用いた非接触下での密度および放射率測定を行った．
真空アーク溶解により作製したNi-Al合金及びFe-Ni合金を試料として用いた．試料をコイル内に設置した後，チャンバー内を真空排気後にAr-5 vol%H2混合ガスで置換した．試料の振動及び並進運動を抑制し，安定に浮遊させるために，超伝導磁石により静磁場を4Ｔ印加した後，試料を電磁浮遊させた．試料の融解後，YAGレーザーをバックライト光源として用い，浮遊試料の影を撮影した．撮影した画像から試料の体積を算出し，密度を求めた．また，液滴表面からのふく射輝度を分光器で測定し，試料の垂直分光放射率を測定した．
溶融Ni-Al合金およびFe-Ni合金の密度は負の温度依存性を示すことが分かった．また，溶融Ni-Al合金の過剰モル体積は，全組成域で負の値を示す一方，Fe-Ni合金は全組成範囲において正の過剰モル体積を持っていることが分かった．溶融Fe-Ni合金の垂直分光放射率はほとんど温度依存性を持たないことが分かった．またその組成依存性も測定し，自由電子理論から推定される値との比較を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の研究実施計画では，Ni-Al溶融合金について，密度以外にも垂直分光放射率および熱容量測定を行う予定であったが，密度測定において組成を増やし，また測定温度範囲を拡張して繰り返し測定を行い，測定における不確かさを低減することに努めたため，予定よりやや遅れてしまった．溶融Fe-Ni合金の密度については，全組成にわたって測定を終了し，過剰体積と熱力学的特性との相関について考察した．この成果は，投稿論文としてまとめることができた．加えて，溶融Fe-Ni合金については，垂直分光放射率の温度および組成依存性を測定することができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後，やや遅れているNi-Al溶融合金の放射率測定および熱容量測定を行う予定である．密度計測においても組成範囲をさらに高Al濃度まで拡張する予定である．Fe-Ni溶融合金については，熱容量測定ならびに熱伝導率測定を行う予定である．
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