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マイクロ空間内における合金の特異な相転移現象の解明と潜熱蓄熱材料の開発

微空间合金独特相变现象的阐明及潜热储存材料的开发

基本信息

批准号：
21J11916
负责人：
坂井浩紀
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11916/
关键词：
相変化潜熱蓄熱合金マイクロカプセル

项目摘要

本研究では合金系マイクロプセル化潜熱蓄熱材料の過冷却制御を見据え、マイクロカプセル内のAl-Si合金の相転移機構を調査した。初めにカプセルの組成及び粒径が過冷却度に与える影響を調査した。具体的にはAl-5mass％Si（亜共晶）、Al-12mass％Si（共晶）、Al-25mass％Si（過共晶）の3種の原料粉末を用意し、原料粉を20 μｍから106 μｍまでの間で4段階に分級し、組成・粒径が異なるマイクロカプセルを調整した。亜共晶組成の製品は共晶反応に対して過冷却を示さなかった。一方、共晶、過共晶組成の製品は20度以上の過冷却を示した。先行研究では、初晶Alが共晶反応時のAl析出の核生成サイトとなることが示されている。マイクロカプセル内部でも同様に初晶Alが共晶Alの核生成サイトとなり、亜共晶組成の製品の過冷却を抑制したと考えられる。一方、過共晶組成の製品では過冷却の緩和は認められないため、初晶Siには核生成を促す効果は期待できない。また、粒径の増大に伴って過冷却度がわずかに低下したが、過冷却の完全な解消には至らなかった。さらにAl-Si合金にTiを添加したマイクロカプセルの作製を試みた。Al-Si合金原料粉に酸化Tiを物理的に固着させたのち、マイクロカプセル化処理を施すことでカプセル内部へのTiの導入に成功した。導入したTiは融点がAl-Si共晶温度よりも高い、Siとの化合物を生成した。製品の放熱ピークは、Tiを添加していない製品に比べ高温側に大きくブロード化した。これは、製品であるカプセル粒子の放熱開始温度の分布が広がったことを示している。以上の結果から、共晶反応前の析出物が過冷却に大きく影響することが明らかとなった。とりわけ、マイクロスケールであっても初晶Alが共晶反応を促す効果は大きい。本研究の成果は潜熱蓄熱マイクロカプセル設計時の大きな指針となりうる。

In this study, we investigated the supercooling mechanism of Al-Si alloy in the alloy system and the phase shift mechanism of Al-Si alloy in the alloy system. The effect of supercooling on the composition and particle size of the initial particles was investigated. Specifically, three kinds of raw material powders of Al-5mass%Si (eutectic), Al-12mass%Si (eutectic) and Al-25mass%Si (hypereutectic) are used. The raw material powders are graded in four stages from 20 μm to 106 μm, and the composition and particle size are adjusted. Eutectic composition of the product is eutectic reaction to supercooling. The products with single crystal, eutectic and hypereutectic compositions show supercooling above 20 degrees. In this paper, the nucleation of Al precipitation during eutectic inversion of primary Al and primary Al was studied. The internal structure of the eutectic Al alloy can be used to suppress the supercooling of the eutectic Al alloy. The product of a single, hypereutectic composition is expected to be cooled down and nucleated. Moreover, the increase in particle size is accompanied by a decrease in supercooling, and the complete elimination of supercooling is even more pronounced. Al-Si alloy with Ti addition Al-Si alloy raw material powder for the physical fixation of titanium, titanium, titanium. Al-Si eutectic temperature is higher when Ti is introduced, and Si compounds are formed. The heat of the product is higher than that of the high temperature side. The distribution of heat release onset temperature of particles in the product is shown in the table below. As a result, the precipitates before eutectic inversion are greatly affected by supercooling. The effect of eutectic reaction on the growth of primary Al was studied. The results of this study are: Latent heat storage design