二元系合金融体の表面張力に及ぼす組成および酸素吸着の影響解明

阐明成分和氧吸附对二元合金材料表面张力的影响

• 批准号: 20H02453
• 负责人: 小澤 俊平
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Chiba Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02453/
• 关键词: 表面張力; 高温融体; 雰囲気酸素分圧; 酸素吸着; 無容器浮遊法; ガス平衡

溶接，鋳造，溶射等の自由表面を有する高温融体プロセスの最適化や現象解明のために，表面張力の正確な値が強く求められている．金属融体の表面張力は，雰囲気酸素分圧依存性を有する場合が多いが，合金融体において，組成，酸素分圧，温度の影響を同時にパラメータとした測定は無い．また過年度までの研究から，溶鉄の表面張力は雰囲気からの酸素吸着により急激に低下するものの，雰囲気酸素分圧の影響が非常に小さいSiを添加した二元系合金融体では，表面張力の雰囲気酸素分圧依存性が小さくなることが分かっている．そこで2022年度は，Fe-Si合金とは逆に，分離傾向の強いFe-Cu二元系合金融体について，表面張力に対する温度，組成，酸素吸着の影響を明らかにすることを試みた．なお溶融銅の表面張力の文献値は，酸素吸着や不純物の影響に起因すると思われるばらつきが見られたため，その再測定も行った．その結果，銅融体においては，鉱石や精錬に由来する不純物のリンの含有量によって，表面張力が変化することを明らかにした．またリン活量が小さい場合には，温度，表面張力，硫黄活量の関係をzyszkowskiモデルによって記述できることを示した．またFe-Cu合金融体においては，Cu組成が大きくなるほどそれが表面偏在し，表面張力が著しく低下することが明らかとなった．またFe-Cu合金融体の表面張力は，酸素吸着によって低下するものの，高温では酸素が脱離するため，中間温度に極大値を持つ上に凸の放物線形の温度依存性（ブーメラン形の温度依存性）を示すことを確認した．また表面偏在したCuはFeよりも酸素吸着しにくいため，Cu組成の増加によって，酸素吸着の影響は小さくなった．加えて，雰囲気酸素分圧が高い場合，低温においては，Cuよりも酸素吸着しやすいFeの表面組成が僅かに増える可能性が示唆された．

Free surfaces such as solder, solder, and solder have a high temperature melt and optimize the phenomenon of surface tension. There are many occasions where the surface tension of metal melts depends on the acid partial pressure of hydrogen. In the case of financial melts, the effects of composition, acid partial pressure, and temperature are simultaneously determined by the measurement method. In the past years, the surface tension of dissolved iron has been studied. The surface tension of dissolved iron is very small due to the addition of Si to the binary system. In 2022, Fe-Si alloys have a strong tendency to separate, and Fe-Cu binary systems have a strong tendency to separate. Surface tension affects temperature, composition, and acid adsorption. The literature value of surface tension of molten copper shows that the influence of adsorption and impurity of acid element on the surface tension of molten copper can be re-determined. As a result, the copper melt contains impurities, and the surface tension changes. The relationship between temperature, surface tension and sulfur activity is described in detail. Fe-Cu composite material is composed of Cu with large surface bias and low surface tension. The surface tension of Fe-Cu composite is determined by the temperature dependence of the adsorption curve at high temperature and the desorption curve at intermediate temperature. Also, the surface is biased towards Cu and Fe, and the effect of acid sorption is small as the Cu composition increases. In addition, the surface composition of Cu and Fe in the case of high acid component pressure at low temperature shows that the possibility of Cu and Fe adsorption increases.

项目成果

ガスジェット浮遊を用いたPt融体の熱物性測定

利用气体射流悬浮测量 Pt 熔体的热物理性质

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Hatakeyama;N. Masahashi;Y. Michiyama;H. Inoue;S. Hanada;松田 海斗・樽谷 直紀・片桐 清文・犬丸 啓;原泰彦，富田脩斗，高橋勇太，白鳥英，小澤俊平
• 通讯作者: 原泰彦，富田脩斗，高橋勇太，白鳥英，小澤俊平

ヘテロ凝固核による金属凝固挙動への影響解明を目的としたISS-ELF利用実験Hetero-3D

ISS-ELF利用实验Hetero-3D旨在阐明异质凝固核对金属凝固行为的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Alexander Samuel;Kyosuke Ueda;Takayuki Narushima;宮野泰征，田井光太郎，鴇田駿，砂場敏行，水上裕貴，若井暁;鈴木進補，青木祐和，花田知優，馬渕勇司，上田雄翔，門井洸衛，山田素子，米田香苗，佐藤尚，渡辺義見，清宮優作，原田侑直，殿岡和己，小澤俊平，碓井択郎，白鳥 英，中野 禅，織田裕久，小山千尋，島岡太郎，石川毅彦， 渡邊勇基
• 通讯作者: 鈴木進補，青木祐和，花田知優，馬渕勇司，上田雄翔，門井洸衛，山田素子，米田香苗，佐藤尚，渡辺義見，清宮優作，原田侑直，殿岡和己，小澤俊平，碓井択郎，白鳥 英，中野 禅，織田裕久，小山千尋，島岡太郎，石川毅彦， 渡邊勇基

Round-robin measurement of surface tension of liquid titanium by Electromagnetic levitation and Electrostatic levitation

电磁悬浮和静电悬浮循环测量液态钛表面张力

• 发表时间: 2021
• 作者: Okano Naoki;Aikawa Motonari;Takata Naoki;Suzuki Asuka;Kobashi Makoto;Shumpei Ozawa
• 通讯作者: Shumpei Ozawa

Influence of oxygen adsorption from atmosphere on surface tension of liquid silicon

大气中氧的吸附对液态硅表面张力的影响

• DOI: 10.1063/5.0062062
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Ozawa Shumpei;Nagasaka Yosuke;Itakura Masahiro;Sugisawa Kota;Seimiya Yusaku
• 通讯作者: Seimiya Yusaku

Influence of Sulfur Content on Penetration Depth in TIG Welding for High Manganese Stainless Steels

硫含量对高锰不锈钢TIG焊熔深的影响

• DOI: 10.1007/s11661-021-06468-2
• 发表时间: 2021
• 期刊: Metallurgical and Materials Transactions A
• 作者: Kisaka Yuji;Miki Satoshi;Sekiguchi Nobuo;Kimura Fumiaki;Tashiro Shinichi;Tanaka Manabu;Ozawa Shumpei;Suwa Tomone;Takahashi Yoshikazu
• 通讯作者: Takahashi Yoshikazu