2016 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 / 密度 / 放射率 / 熱容量 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニッケル基耐熱合金製タービンブレードの鋳造プロセスにおいて，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28年度は昨年度に引き続き，Al高濃度側のNi-Al合金について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．さらに，Fe-Ni合金については，前組成範囲で放射率測定ならびに熱容量測定を行った．
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．試料を電磁浮遊コイル内に設置した後，チャンバー内を真空排気し，Ar-5 vol%H2混合ガスで置換した．試料の表面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4 T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． 熱容量測定においては，レーザー周期加熱カロリメトリー法を適用し，溶融Fe-Ni合金の熱容量を求めた．
溶融Ni-Al合金についてAl高濃度側まで測定を行った結果，過剰モル体積は，全組成域で負の値を示し，Alが50mol%の組成で，過剰モル体積が最小となることが分かった．
また，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．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．溶融Fe-Ni合金の熱容量は全組成範囲で加成則から正にずれることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
溶融Ni-Al合金については，高濃度Al組成まで密度測定を終了し，同合金の放射率測定まで行うことができた．熱容量については終了できなかったので，引き続き，最終年度で測定を行う予定である．一方，Fe-Ni合金については，H28年度までに密度，放射率，熱容量測定まで終了することができたため，順調に成果を出している．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後，溶融Ni-Al系合金については，レーザー周期加熱法を適用し，熱容量および熱伝導率測定を行う予定である．また，溶融Fe-Ni系合金については，熱伝導率測定を行い，自由電子論から推算される値との比較を行いたい．
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