Quantitative analysis of solidification dynamics by time-resolved in-situ observations

金属の凝固過程の二次元・三次元観察を可能にする、時間分解トモグラフィー（4D-CT）とX線回折測定（XRD）を組み合わせた手法、さらにフェーズフィールドモデル（PFM）を用いた画像処理・再構成を加えた時間分解・その場観察手法の実現を目指して研究を実施した。4D-CT/XRD観察技術の確立：4D-CTとXRDを組み合わせた手法では、試料―検出器の距離を2m程度になるように設置した二次元検出器を用いて、数度の温度変化による格子定数の変化を検出できる感度を実現できることを確認した。また、XRDの時間分解能を向上させるための実験装置の基本的な設計を完了した。あPFMを用いた高精度再構成法の確立：PFMを用いた逐次型画像処理・再構成では、現状の試行錯誤的な解析の課題を整理し、熱力学的視点からパラメータの設定について検討を行った。また、時間発展型再構成の開発の準備段階として、試行に適した試料、4D-CTの条件などを抽出した。凝固・変態組織形成のダイナミクス：優先成長方位の違うAl合金、bcc/fccデンドライトが観察できるFe合金（Fe-C, Fe-Ni-Cr）、hcpデンドライトが観察できるMg合金を対象に4D-CT/XRD用試料の試作を行い、SPring-8での観察実験の準備を行った。また、実用材料の組成を基本としたが、観察状況に応じて合金組成を変更できるように試料組成の検討、準備を行った。Fe合金におけるマッシブ的変態はデンドライトアームの溶断やオーステナイト結晶粒の粗大化に寄与していると考えられ、試料組成と4D-CT/XRDを用いた測定条件の組み合わせを検証し、SPring-8での観察実験の準備を行った。バルク試料の固液共存体の変形についても試料サイズ、結晶粒サイズ、観察条件の整理を行い、変形装置の改良、試料準備を行った。これらの成果は、基盤研究(S)に引き継がれている。

金属の凝固過程の二次元・三次元観察を可能にする、時間分解トモグラフィー（4D-CT）とX線回折測定（XRD）を組み合わせた手法、さらにフェーズフィールドモデル（PFM）を用いた画像処理・再構成を加えた時間分解・その場観察手法の実現を目指して研究を実施した。4D-CT/XRD観察技術の確立：4D-CTとXRDを組み合わせた手法では、試料―検出器の距離を2m程度になるように設置した二次元検出器を用いて、数度の温度変化による格子定数の変化を検出できる感度を実現できることを確認した。また、XRDの時間分解能を向上させるための実験装置の基本的な設計を完了した。あPFMを用いた高精度再構成法の確立：PFMを用いた逐次型画像処理・再構成では、現状の試行錯誤的な解析の課題を整理し、熱力学的視点からパラメータの設定について検討を行った。また、時間発展型再構成の開発の準備段階として、試行に適した試料、4D-CTの条件などを抽出した。凝固・変態組織形成のダイナミクス：優先成長方位の違うAl合金、bcc/fccデンドライトが観察できるFe合金（Fe-C, Fe-Ni-Cr）、hcpデンドライトが観察できるMg合金を対象に4D-CT/XRD用試料の試作を行い、SPring-8での観察実験の準備を行った。また、実用材料の組成を基本としたが、観察状況に応じて合金組成を変更できるように試料組成の検討、準備を行った。Fe合金におけるマッシブ的変態はデンドライトアームの溶断やオーステナイト結晶粒の粗大化に寄与していると考えられ、試料組成と4D-CT/XRDを用いた測定条件の組み合わせを検証し、SPring-8での観察実験の準備を行った。バルク試料の固液共存体の変形についても試料サイズ、結晶粒サイズ、観察条件の整理を行い、変形装置の改良、試料準備を行った。これらの成果は、基盤研究(S)に引き継がれている。