超音波法による金属の凝固界面の研究

本年度は、昨年度製作した超音波パルス法を用いて凝固界面をリアルタイムで観測する測定系を改良するとともに、錫合金系における凝固過程の実験を行った。測定系は、超音波測定装置と凝固セルからなっている。超音波測定装置は、2系統の受信装置をもったもので、一系統は超音波エコ-の伝播時間測定から界面の位置・移動速度を観測するためのものである。もう一系統は、超音波エコ-の振幅変化から界面形状の変化を測定するのに使用する。本年度は、パ-ソナルコンピュ-タを用いて、上記の測定、および、その後のデ-タ処理を自動化するよう装置を改良した。凝固セルはステンレススチ-ル製で、2分割ヒ-タ-とチリングロッドの採用により、セル内に望みの温度傾斜が得られるようになっている。また、ヒ-タ-への供給電力を時間的に制御することにより、凝固速度を制御できるようになっている。これらの装置を用い、昨年の99.99%錫(不純物は主として鉛)による測定に引き続き、さらに純度を上げた99.999%錫をベ-スにした錫-鉛合金系において、凝固条件を変えて凝固過程の実験を繰り返した。超音波の振幅変化により平面→セル状遷移速度を測定したところ、この方法によって求めた遷移速度は、従来のディキャンティング法によるものより小さいことが分かった。これは、本研究で開発した方法が、従来法に比べて高い感度を有していることに起因するものと思われる。現在、予備研究で新たに見いだしたセル状界面の振動現象を解明するための実験を遂行中である。また、振動子を改善するなどして、セル→デンドライト遷移領域の研究を行う準備も進めている。本研究は凝固過程の解明を目的に行ってきたが、セル状凝固した材料を融解するときには、やはりセル状に融解することを示唆する新しいデ-タが得られ、今後、融解現象についても研究を広げていく予定である。

本年度は、昨年度製作した超音波パルス法を用いて凝固界面をリアルタイムで観測する測定系を改良するとともに、錫合金系における凝固過程の実験を行った。測定系は、超音波測定装置と凝固セルからなっている。超音波測定装置は、2系統の受信装置をもったもので、一系統は超音波エコ-の伝播時間測定から界面の位置・移動速度を観測するためのものである。もう一系統は、超音波エコ-の振幅変化から界面形状の変化を測定するのに使用する。本年度は、パ-ソナルコンピュ-タを用いて、上記の測定、および、その後のデ-タ処理を自動化するよう装置を改良した。凝固セルはステンレススチ-ル製で、2分割ヒ-タ-とチリングロッドの採用により、セル内に望みの温度傾斜が得られるようになっている。また、ヒ-タ-への供給電力を時間的に制御することにより、凝固速度を制御できるようになっている。これらの装置を用い、昨年の99.99%錫(不純物は主として鉛)による測定に引き続き、さらに純度を上げた99.999%錫をベ-スにした錫-鉛合金系において、凝固条件を変えて凝固過程の実験を繰り返した。超音波の振幅変化により平面→セル状遷移速度を測定したところ、この方法によって求めた遷移速度は、従来のディキャンティング法によるものより小さいことが分かった。これは、本研究で開発した方法が、従来法に比べて高い感度を有していることに起因するものと思われる。現在、予備研究で新たに見いだしたセル状界面の振動現象を解明するための実験を遂行中である。また、振動子を改善するなどして、セル→デンドライト遷移領域の研究を行う準備も進めている。本研究は凝固過程の解明を目的に行ってきたが、セル状凝固した材料を融解するときには、やはりセル状に融解することを示唆する新しいデ-タが得られ、今後、融解現象についても研究を広げていく予定である。