千葉工業大学　プロジェクト研究年報　2015年版

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て確認した． 浮遊溶融させた試料の温度は，アルゴンガスとヘリウムガスの流量比を変えることで制御し，上部から単色放射温度計によって記録した．また同時にハーフミラーを利用して，そのときの振動挙動を高速度ビデオカメラ（撮影速度：500fps, 撮影時間：16秒）で観察した． 得られた液滴形状の経時変化から，l=2モードのm=0，±1，±2周波数および，並進運動周波数を同定した．またその結果から，Rayleighの式[5]とCummingsとBlackburnの補正式[6]を用いて，表面張力を算出した． ３．結果および考察 図2に溶融ニッケルの表面張力測定結果を示す．この測定では，水素および水蒸気の流量比を調整する事で，雰囲気酸素分圧を10-6Pa (◆), 10-5Pa (●), 10-4Pa (▲), 10-3Pa (■)に一定制御した．また比較のため，水蒸気の公称含有量が2.66vol. ppmのAr-He-5vol.%H2ガス雰囲気での測定結果（□）も併せて示す．なおこのガス中では，雰囲気酸素分圧が温度依存性を有するが，873KではPo2=2.3×10-27Paであった． 雰囲気酸素分圧を10-6Pa～10-3Paに一定制御した場合，約1700K～2000Kの温度範囲で表面張力データが得られた．この時，低温では雰囲気酸素分圧が高いほど表面張力が小さくなった．しかし，温度が高くなるにつれて表面張力が大きくなり，最終的にはAr-He-5vol.%H2ガス雰囲気での測定結果に収束していく様子が見られた． これらの表面張力のブーメラン形の温度依存性は，酸素吸着反応における平衡定数の温度依存性を考慮する事で，次の様に説明できる．低温では酸素吸着反応における平衡定数が大きいため，酸素吸着による表面活性効果によって，表面張力が著しく低下する．しかし，温度上昇によって酸素吸着反応の平衡定数が小さくなると，酸素吸着量が減少していく．その結果，表面張力は純粋状態の値に近づくため，大きくなっていく．最終的に酸素吸着量が非常に少なくなると，表面張力は純粋状態の値となり，温度上昇と共に低下していくこととなる． これらの結果から，溶融ニッケルの表面張力が雰囲気酸素分圧依存性を有することが確認された．また，Ar-He-5vol.%H2ガス雰囲気で測定された溶融ニッケルの表面張力は純粋状態の値であることが分かった．さらにそれは，融点を切片として，温度T（K）の関数として以下のように記述できた． P=1827-0.39×(T-1728) [10-3 N・m-1] ４．まとめ 本研究では，電磁浮遊炉を用いた液滴振動法に，H2-H2Oガス平衡を組み合わせ，溶融ニッケルの表面張力に対する温度と酸素分圧の影響について検討し，以下の結果を得た． (1) 雰囲気酸素分圧を10-6Pa, 10-5Pa, 10-4Pa, 10-3Paに一定制御した場合，溶融ニッケルの表面張力は，温度上昇と共に増加し，その後低下するブーメラン形の温度依存性を示す． (2) 酸素分圧が高いほど表面張力は低い値を示す． (3) 水蒸気の公称含有量が2.66vol. ppmのAr-He-5vol.%H2ガス雰囲気で測定した溶融ニッケルの表面張力は，純粋状態の値となる． 本研究に関する主な発表論文 (1) S. Ozawa, S. Takahashi, N. Watanabe, and H. Fukuyama，“Influence of Oxygen Adsorption on Surface Tension of Molten Nickel Measured under Reducing Gas Atmosphere”，International Journal of Thermophysics, 35, (2014), PP. 1705-1711. (2) S. Ozawa, K. Morohoshi, and T. Hibiya,“Influence of Oxygen Partial Pressure on Surface Tension of Molten Type 304 and 316 Stainless Steels Measured by Oscillating Droplet Method using Electromagnetic Levitation”，ISIJ International, 54, (2014), PP.2097-2103. 参考文献 [1] C. Marangoni: Nuovo Cimento Series 3 (1878), 97. [2] K. Mukai, Z. Li, and M. Zeze: Mater. Trans., 43 (2002), 1731. [3] S. Ozawa, K. Morohoshi, T. Hibiya, and H. Fukuyama: J. Appl. Phys., 107 (2010), 014910. [4] S. Ozawa, S. Suzuki, T. Hibiya, and H. Fukuyama: J. Appl. Phys., 109 (2011), 014902. [5] Load Rayleigh: Proceedings of the Royal Society of London 29, (1879), 71. [6] D. L. Cummings, and D. A. Blackburn, J. Fluid Mech. 224, (1991) 395. 140015001600170018001900Surface tension , 10-3N·m-1130016001700180019002000210022002300Temperature T, KAr-He-H2O-H2(Po2=10-6Pa)Ar-He-5vol.%H2 (Po2=2.3×10-27Pa at 873K)Ar-He-H2O-H2(Po2=10-5Pa)Ar-He-H2O-H2(Po2=10-4Pa)Ar-He-H2O-H2(Po2=10-3Pa)140015001600170018001900Surface tension , 10-3N·m-1130016001700180019002000210022002300Temperature T, KAr-He-H2O-H2(Po2=10-6Pa)Ar-He-5vol.%H2 (Po2=2.3×10-27Pa at 873K)Ar-He-H2O-H2(Po2=10-5Pa)Ar-He-H2O-H2(Po2=10-4Pa)Ar-He-H2O-H2(Po2=10-3Pa) 図2 溶融ニッケルの表面張力と温度の関係 1182015　千葉工業大学附属研究所　プロジェクト研究年報　　　　　　　　　　Project Report of Research Institute of C.I.T 2015　　　　

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