A new estimation formula for describing diffusion coefficients in liquid metals comprehensively

综合描述液态金属扩散系数的新估计公式

• 批准号: 20J14950
• 负责人: 椎木 政人
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J14950/
• 关键词: 液体金属; 自己拡散; 相互拡散; 不純物拡散; 蛍光Ｘ線分析; シアーセル法; 分子動力学; 熱力学的因子; 蛍光X線分析; Darkenの式

液体金属の拡散は金属の凝固・結晶成長におけるミクロ組織形成を考える上で重要な輸送現象である．本研究では新規の液体金属の拡散係数測定方法の確立と推算式の構築を目的とし，シアーセル法及び蛍光X線分析を用いた拡散係数測定実験と分子動力学シミュレーションを用いた拡散挙動解析を行った結果，以下の4つの重要な知見を得た．1つ目にMEAMポテンシャルを用いた分子動力学シミュレーションより液体Snの特異な液体構造であるショルダーを再現し，原子の動きを可視化して拡散係数に与える影響を検討した結果，ミクロな挙動は剛体球モデルと異なるがマクロな拡散挙動に対してショルダー部に存在する原子は大きな影響を及ぼさないことを明らかにした．2つ目に液体金属の自己拡散係数測定において同位体核種の濃度を考慮して拡散試料の密度分布を推定し自然対流を抑制する方法が有効であると明らかにした．3つ目に蛍光X線分析を用いた液体金属の不純物拡散係数測定において，拡散実験中に変化する測定強度に対して時々刻々と変化する見かけの拡散係数を取得し，測定初期段階の誤差を低減する為に必要な拡散時間の決定方法として，見かけの拡散係数の最終測定値からの乖離量及び測定の不確かさの2指標を評価する方法が有効であると明らかにした．そして4つ目に同一のシアーセル装置を用いて系統誤差を排除した不純物拡散係数の結果より，不純物拡散係数の温度依存性の予測式は溶媒の自己拡散係数と剛体球モデルに基づく温度依存性を考慮した複数の因子の積によって確度約10%で表すことが可能であると明らかにした．以上の成果は学術誌Metallurgical and Materials Transactions B及びInternational Journal of Microgravity Science and Applicationに発表した．

The dispersion of liquid metals and the solidification and crystallization of metals are important transport phenomena. The purpose of this study is to establish a new method for determining the dispersion coefficient of liquid metals and to construct a calculation formula for the determination of dispersion coefficients. The following four important findings were obtained: 1. Molecular dynamics, 1. visualization of atomic motion, 1. dispersion coefficient, 2. analysis of effects, 3. 2. Determination of the dispersion coefficient of liquid metals 2. Consideration of the concentration of isotope nuclide 3. Estimation of the density distribution of dispersed samples 4. Suppression of natural flow 5. Method of liquid X-ray analysis Determination of dispersion coefficient of impurities in bulk metals, determination of dispersion coefficient in dispersion process, determination of dispersion coefficient in dispersion process, determination 4. The accuracy of the product of the multiple factors considering the temperature dependence of the impurity dispersion coefficient is about 10%. The above results were published in Academic Journal Metallurgical and Materials Transactions B and International Journal of Microgravity Science and Application.

项目成果

Required diffusion time for in-situ measurements of diffusion coefficients in liquid alloys with the long capillary technique and X-ray fluorescence analysis

使用长毛细管技术和 X 射线荧光分析原位测量液态合金扩散系数所需的扩散时间

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoshihiro KOBAYASHI;Masato SHIINOKI;Reina YAMATAKE;Tadahiko MASAKI;and Shinsuke SUZUKI
• 通讯作者: and Shinsuke SUZUKI

Prediction of Temperature Dependence of Impurity Diffusion Coefficients in Liquid Metal Based on a Hard-Sphere Model from Measurements Using Shear Cell Technique and Stable Density Layering

基于使用剪切池技术和稳定密度分层测量的硬球模型预测液态金属中杂质扩散系数的温度依赖性

• DOI: 10.1007/s11663-021-02319-y
• 发表时间: 2021
• 期刊: Metallurgical and Materials Transactions B
• 作者: Shiinoki Masato;Yamada Noriyuki;Tanaka Anna;Suzuki Shinsuke
• 通讯作者: Suzuki Shinsuke

安定密度配置とシアーセル法を用いて測定した液体Sn中におけるCuの不純物拡散係数

采用稳定密度排列和剪切池法测量 Cu 在液态 Sn 中的杂质扩散系数

• 发表时间: 2020
• 作者: 登林兼丸;椎木政人;西村友希;鈴木進補
• 通讯作者: 鈴木進補

Required Diffusion Time for in-situ Measurement of Diffusion Coefficients in Liquid Alloys by X-ray Fluorescence Analysis

X 射线荧光分析原位测量液态合金扩散系数所需的扩散时间

• DOI: 10.15011/jasma.38.380302
• 发表时间: 2021
• 期刊: International journal of microgravity science and application
• 影响因子: 0.9
• 作者: Yoshihiro KOBAYASHI;Masato SHIINOKI;Reina YAMATAKE;Tadahiko MASAKI;Shinsuke SUZUKI
• 通讯作者: Shinsuke SUZUKI

シアーセル法を用いた液体Pbの自己拡散係数測定における安定密度配置の検証

剪切池法测量液体铅自扩散系数稳定密度构型的验证

• 发表时间: 2020
• 作者: 登林兼丸;椎木政人;西村友希;鈴木進補;椎木政人，西村友希，登林兼丸，鈴木進補
• 通讯作者: 椎木政人，西村友希，登林兼丸，鈴木進補