Crystal growth under conditions over 1M K/s, 10M K/m, 1 m/s

金属付加製造用電子ビームやレーザーの照射による金属材料の急速溶融凝固挙動を、実験と計算機シミュレーションで解明する研究を進めた。特に冷却速度100万 K/s近傍の急速な凝固・結晶成長挙動に注目し、ニッケル合金や鉄合金など単結晶化や超微細化が有効な材料での研究を実施した。実験では溶融凝固挙動を高速度カメラで観測し、計算では熱流体力学計算で、温度勾配、成長速度、融体の流速を評価した。その結果をもとに単結晶化および微細粒化の指針を検討した。具体的には以下のとおりである。100万K/s以上の急速冷却における結晶成長挙動をデジタルツイン科学により解明し、付加製造を高速単結晶育成法や超微細粒材製造法として発展させるための学理構築のための研究を実施した。付加製造用電子ビームやレーザの走査による凝固が、固液界面温度勾配1000万K/m、固液界面移動速度約0.1 m/s以上と、従来の凝固プロセスより遙かに高いことに注目し、絶対安定性に迫るR > 1 m/sでの高速平滑界面移動による無偏析単結晶成長の可能性を検討した。結晶粒超微細化の最も重要な指標として想定していた固相線液相温度差に加えて、急速昇温による高融点相の残存が重要である可能性がステンレス鋼への電子ビームやレーザーの照射・走査による急速溶融凝固の実験と、熱流体力学計算による凝固条件の評価の結果から示唆された。これらの成果により、無偏析単結晶化から微細結晶粒化までの結晶組織制御の指針となる、いくつかの重要な知見が得られた。しかしながら、9月10日に、領域代表として申請していた学術領域研究の課題が採択されたことにより、重複制限のために本課題研究は廃止せざるを得なくなった。尚、本課題で計画していた研究の一部は、学術領域研究の計画研究として実施する予定であることから、本課題の研究のために導入した設備を有効に活用し、研究を推進する予定である。

金属付加製造用電子ビームやレーザーの照射による金属材料の急速溶融凝固挙動を、実験と計算機シミュレーションで解明する研究を進めた。特に冷却速度100万 K/s近傍の急速な凝固・結晶成長挙動に注目し、ニッケル合金や鉄合金など単結晶化や超微細化が有効な材料での研究を実施した。実験では溶融凝固挙動を高速度カメラで観測し、計算では熱流体力学計算で、温度勾配、成長速度、融体の流速を評価した。その結果をもとに単結晶化および微細粒化の指針を検討した。具体的には以下のとおりである。100万K/s以上の急速冷却における結晶成長挙動をデジタルツイン科学により解明し、付加製造を高速単結晶育成法や超微細粒材製造法として発展させるための学理構築のための研究を実施した。付加製造用電子ビームやレーザの走査による凝固が、固液界面温度勾配1000万K/m、固液界面移動速度約0.1 m/s以上と、従来の凝固プロセスより遙かに高いことに注目し、絶対安定性に迫るR > 1 m/sでの高速平滑界面移動による無偏析単結晶成長の可能性を検討した。結晶粒超微細化の最も重要な指標として想定していた固相線液相温度差に加えて、急速昇温による高融点相の残存が重要である可能性がステンレス鋼への電子ビームやレーザーの照射・走査による急速溶融凝固の実験と、熱流体力学計算による凝固条件の評価の結果から示唆された。これらの成果により、無偏析単結晶化から微細結晶粒化までの結晶組織制御の指針となる、いくつかの重要な知見が得られた。しかしながら、9月10日に、領域代表として申請していた学術領域研究の課題が採択されたことにより、重複制限のために本課題研究は廃止せざるを得なくなった。尚、本課題で計画していた研究の一部は、学術領域研究の計画研究として実施する予定であることから、本課題の研究のために導入した設備を有効に活用し、研究を推進する予定である。