溶融金属ジェットの急冷凝固プロセスにおける伝熱促進制御

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溶融金属ジェットの液体急冷凝固法の一つである回転液中紡糸法により,優れた機械的・磁気的性質の非晶質細線や微細結晶構造の金属細線が製造されている.しかし,製造可能な細線の直径や合金組成は限られており,その製造限界範囲を拡げるには製造プロセスにおける伝熱促進制御法の確立が望まれている.今年度は,高温加熱白金細線を用いた基礎実験において純水の約2倍以上の伝熱促進効果が認められた塩化カルシウム水溶液について,溶融金属ジェットの回転液中紡糸実験を行った.実験ではFe_<77.5>Si_<7.5>B_<15>(at%)を供試合金として使用し,ジェット噴射速度6〜9m/s,ドラム回転速度5〜8m/s,ノズル直径0.25mmおよび0.3mm,塩化カルシウム濃度0〜20%,液温20℃で行った.得られた結果は以下のとおりである.1. 凝固細線の非晶質特性は示差走査熱量計により測定された結晶化熱量により定量化が可能で,その非晶質特性は純水の場合と同様にジェット速度V_jとドラム速度V_dの比V_j/V_dで最も良く整理できた.2. 純水の場合にはV_j/V_d>1.1の範囲で,5%濃度の塩化カルシウム水溶液の場合にはV_j/V_d>1.3の範囲で高い非晶質特性が得られた.3. 塩化カルシウム水溶液を冷却液に用いると,純水の場合よりも拡い実験範囲で高い非晶質特性を得ることが可能であるが,細線の連続性は純水の場合の方が良好であった.4. 水溶液濃度が高くなるほど凝固細線が曲がりくねった形状となり,連続細線を得ることが非常に困難であった.これは塩化カルシウム水溶液の密度および粘性が純水の約5倍以上であることが連続性に影響していると考えられる.5. 凝固物の表面分析結果によれば,液濃度5%の場合には凝固物表面に付着物は認められなかった.しかし,液濃度20%の場合にはCaおよびClの付着層が形成されており,それが表面酸化を引き起こす要因になった.