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

基本信息

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

项目摘要

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．

强烈需要表面张力的准确值，以优化具有焊接，铸造和热喷涂等游离表面的高温熔体过程，并澄清现象。金属熔体的表面张力通常取决于大气中的氧气的部分压力，但是在合并的金融体中，没有使用成分的影响，氧气的部分压和温度作为参数进行测量。往年的研究还表明，尽管在具有SI的二元结合体中，熔融铁的表面张力突然降低了，而大气氧部分压力的影响很小，但大气氧氧部分压力的依赖性很小，但大气氧对表面张力的大气氧偏压依赖性减少。因此，在2022财年，我们试图阐明温度，成分和氧气吸附对Fe-Cu二元融合表面张力的影响，而Fe-Cu二元合并具有很强的分离趋势，而不是FE-SI合金。此外，熔融铜的表面张力的文献值差异很大，这被认为是由于氧气吸附和杂质的影响，并且结果也得到了重新测量。结果，可以发现，在铜熔体中，表面张力的变化取决于磷的含量，源自矿石和改进的杂质。此外，当磷活性很小时，可以使用Zyszkowski模型来描述温度，表面张力和硫活性之间的关系。还发现，在FE-CU合并的金融机构中，Cu组成越大，表面分布越多，并且表面张力大大降低。此外，尽管Fe-CU的表面张力组合的财务体的表面张力由于氧气吸附，氧气在高温下解吸而降低，但已确认抛物线抛物线形状的温度依赖性在中等温度（BOOMERANG类型的依赖性）上具有最大值的温度依赖性。此外，由于在表面上分布不均匀的Cu不太可能吸附氧气而不是Fe，因此由于CU组成的增加，氧气吸附的作用变得更小。此外，有人建议，在高大气中的氧氧部分压力下，在低温下，Fe的表面成分比Cu更有可能吸附的氧气。

项目成果

期刊论文数量（42）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

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
影响因子：
0
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

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