# Fileset

[NRIMNews1985-08.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/f5a3de91-41fd-4bd6-96ba-03b9f7d470bf/download)

## Creator

越川 隆光

## Rights

In Copyright[In Copyright](http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/)

## Other metadata

[金材技研ニュース 1985 No.8](https://mdr.nims.go.jp/datasets/8f0f2ffd-1942-4177-b943-7c848feb59d6)

## Fulltext

金属技研ニュース　1985　No.8i①一．ゼEoo一一〇旦ωEoo○コーooo－oo＝あ○蜆oo一］o－Eo－ooO］’oo’0E0f000眈o〇一一〇〇一〇一眈○眈ωEo．但≧聖三…ω…Z－ooω］0f←金属材料技術研究所宇宙空間で金属実験無重力環境下で基礎から応用まで　宇宙空問は，広い高真空の場で豊富な太陽エネルギーの供給を受け，しかも重力がかからない非常に特殊な実験場といえる。　宇宙での金属実験は，スカイラブの時代から何度か試みられているが，昭和63年米国で打上げる予定のスペースシャトルに搭載するスペースラブ（SL－J）では，1週問にわたつわが国の第1次材料実験（FMP　T）が行われることになっている。材料実験22テーマ中5テーマは当研究所が提案したもので，いずれも宇宙空問の特性のうちもっとも興味のある無重力環境を利用して，地上では得られない高性能の超電導材料や超耐熱材料などを開発することを目的としている。すなわち（1）浮遊帯域溶融法による化合物半導体結晶の作成，（2）新超電導合金の溶製，（3）粒子分散型合金の作成，（4）2種の溶融金属の相互拡散および凝固生成する合金，化合物の組織と構岳，（5）複合脱酸した鋼塊中の脱酸生成物の生成機構，の5テーマである。各テーマについてはスポットニュースで紹介する。　金属，合金を地上で溶解し凝固させた場合，静水圧がかかり，対流を生じ，密度差による偏析もおこる。一方，無重力下ではこれらがなく，静かな状態で溶融，凝固が行われることが予想される。例えばAl－Pb－Bi合金を地上で溶製した場合，写真に示すように，A1素地中に分散した白いPb－Bi相は，両者の密度差のため大きさがふぞろいで分散もあまり均一とはいえない。しかし，これを無重力下で溶製した場合，分散も粒径も均一になることが期待されている。　スペースラブでの材料実験は，限られた時問，限られた空問内で行わなければならず，しかも十分な研究成果をあげることが要望されている。そのためには実験の効率，手順などを十分に検討することが肝要である。そこで当研究所では，地上予備実験炉の試作，試料の組成や形状の決定，実験手」l1員の決定，さらに地上参照データの蓄積など，宇宙実験の実施に向かって着々と準備を進めている。宇宙空問を利用した材料研究は，非常に大きな可能性を秘めており，当研究所も積極的にとりくんでいく予定である。なおこれらの研究は，すべて科学技術振興調整費によるものである。写真　地上で溶解したAl－7．5at％Pb－7．5at％Bi　　合金インゴットの組織1宇宙材料実験用電気炉の開発モデノレ効率よく， 使いやすく， 安全第　昭和63年に宇宙空問で行うことになっている第一次材料実験（FM　P　T）では，当研究所で提案し採択された5テーマすべてを，溶解炉を組み込んだ実験装置を用いて行うことになっている。宇宙で使用する実験装置には極めて厳しい条件が数多く要求される。　今のところ宇宙空問での金属実験の機会は少なく，多額の費用を要し，我々研究者としては，この機会を十分にいかさなければならない。そのためには実験の信頼性をいやが上にも高めると同時に，効率よい実験ができる装置が不可欠である。溶解実験中に装置に組み込まれたモーターなどからショックや振動が発生すると，せっかくの無重力条件が保てなくなる。また，現在宇宙船内で使用できる電力は全体でも数kWであり，炉1台当りの消費電力となると数百Wに制限される。さらに，もっとも大切なこととして，乗員や宇宙船体の安全性があげられる。宇宙で使用する実験装置は，以上のことを十分考慮して設計，製作する必要がある。　当研究所では無重力下での材料実験用電気炉の地上モデルとして，連続加熱型電気炉および高温加圧型電気炉を試作した。前者は直径10mm，長さ50mmまでの小型試料の実験に用いるもので，写真の右に見られる円筒形の真空シェルには試料を入れた力一トリッジを挿入・固定し，加熱室，冷却室および試料交換室が順繰リに移動してきてこれにかぶさることにより加熱溶融，冷却凝固および試料交換が行われる。シェルには6本のカートリッジが取付けられ，1つの処理は同時に2個ずつ，また各処理は並行的に行われるしくみになっているので極めて実験能率がよく，しかも電力の節約効果が大きい。また試料は動かさないので溶けた言式料に無用の加速度が働くことも防げる。加熱室は，タンタルとステンレス鋼の極薄板を300層重ねた反射板と真空断熱によって保温されているため，熱が逃げず，W－26％Re含金線による加熱で最高1300℃まで400Wの電力で加熱できる。また1300℃一定保持の場合は100W以下ですむ。　FMP　Tでは，当研究所が提案した前記の／2）およぴ（5）の2テーマのほか，他機関が提案した「炭素繊維／アルミ合金複合材料の製造」「Si－As－Teアモルファス半導体の製造」および「共晶系合金の凝固に関する研究」の3テーマをこの炉をモデルにした実験炉中で行う予定で，これらの地上実験が本炉を用いて行われている。　写真中央に示している高温加圧型電気炉は，大型の試料を用い，より高い温度までの実験を目的としており，直径26mm，長さ168mmまでの試料が処理できる。構造的には連続加熱型電気炉の加熱室を独立させ，より大型にしたものと思えばよい。800Wの電力で最高使用温度1600℃まで80分程で到達し，その後は500W程度で一定温度に保持できる。冷却はヒータを切りヘリウムガスを吹き込むことで行う。この炉では，試料力一トリッジに加圧ピストンが付いており，凝固時に圧力をかけることにより，無重力下で問題になりやすい試料その他から発生するガスによる空孔をつぶすことができる。本炉はほとんどそのままの形でFM　P　Tに使用され，当研究所提案の（1）および（3）のほか，他機関のテーマ「液相焼結機構の研究」が行われる予定になっている。現在本炉を用いてこれらの地上予備実験を行いつつあるが，宇宙で実際に実験を行うペイロードスペシャリストの訓練用としても使用される予定である。シ写真　宇宙材料実験に使用する電気炉の試作炉として開　　発した連続加熱型電気炉（右）と高温加圧型電気　　炉（中央〕。スポヅトニュース浮遊帯域溶融法による化合物半導体の作製　当研究所では，浮遊帯域溶融法で化合物半導体InSb（インジウム　アンチモン）の大直径単結晶を作製する実験をFMPTで赤外線イメージ炉を用いて実施することを計画しており，現在そのため予備実験を行っている。　浮遊帯域溶融法は棒状試料の途中を帯状に熱して溶融させ，その溶融部分を容器を用いないで表面張力だけで支えながら，棒に沿ってゆっくり移動させることにより，容器からの汚れのない高純度単結晶を作製する方法である。地上では1融液がたれ落ちやすいため，細い単結晶しか作製できない。しかし，無重力環境では重力がないため，比重の大きな化合物半導体でも浮遊帯域溶融法により，大直径単結晶を得ることが可能である白　この実験は，宇宙で高品位の単結晶を作製するという直接的な目的を果すだけでなく，融液の表面張力と粘性を利用して金属や合金を地上では得られない形状，例えば球殼状や細い糸状に成形するという新しい無重力加工技術の基礎を与えるものである。新超電導合金の溶製　超電導材料は，電力のロスなく大電流を流すことができるので，医療用断層診断装置（NMR－CT），核融合炉などに必要な強力な磁場を得るために使用される。　Al－Pb－Bi合金は，加工が容易で経済的であつ，NMR－CTなどへの適用が期待されているが，溶融状態でAlに富んだ液相とPb－Biに富んだ液相に分かれ，両者の比重差が大きいため，A1母相内に大きさのふぞろいなPb－Bi粒子が不均一に分散しがちである。（1面写真参照）　無重力環境では比重差による分離は起こらず，しかも静かな状態で凝固するため，同じ大きさのPb－Bi粒子が均一に分散するものと予想される。Al－Pb－Bi合金を線材に強加工すると，Pb－Bi繊統が分散した新しい超電導線材を作製できることが分かっているが，無重力環境を利用すると地上よりもはるかに品質のよいものが作製できるものと期待されている。粒子分散型合金の作製　耐熱合金素地中に，硬く微細でしかも高温で安定な粒子を分散させると高温強度はさらに向上する。この種の合金を無重力下で作製した場合，素地と粒子の密度差がないため分散が良く，性能の優れたものが得られることが予想される。　当研究所では，ニッケル合金中に炭化チタンあるいはアルミナを均一に分散させた焼結試料を宇宙空間て，溶融　加圧一凝固させ，粒子が均一に分散し，かっ焼結材を溶融した場合に残留するボイドの無い合金を作る実験をFMPTで行うことになっている。　現在，この実験に使用する加熱炉の原型となる地上実験炉を用いて，宇宙実験で行う加熱，加圧，冷却などの諸条件について検討を行つている。溶融金属中の相互拡散と凝固組織　対流のない無重力環境下で，溶融合金における元素の拡散および凝固組織の本質を明らかにすることは，優れた材料の開発につながると同時に，合金製造の基礎研究としても重要である。　当研究所では無重力環境を利用して，二種金属元素間の拡散，凝固後の金属組織と重力との関係などに関する研究をFMPTで行う予定である。本研究では，二種の金属棒を接合したものを溶融，凝固させ，組織変化，組成分布，化合物形成の状態，ミクロ偏析などを調べ，融体中の原子の動きや凝固挙動の解析を行う。なお試料としては，組成分布の検討が容易な全率固溶体を形成するAu－Ag系と複雑な化合物を形成するAu－A1系を用いることになっている。　現在地上での同様な実験のほか，字宙空間における実験が失敗なく行われるように，実験手法や実験条件の選定などについて検討を行つている。複合脱酸した鋼塊中の脱酸生成物の生成機構　鋼を単独あるいは複数の元素で脱酸したさい生ずる脱酸生成物の一部は，鋼塊中に介在物として存在し，鋼の性質に様々な影響を及ぽす。しかしその生成機構は複雑で，脱酸生成物の形状や分布を制御するための明確な指針は現在のところ得られていない。　無重力下では比重差による脱酸生成物の浮上や溶鋼の掩絆がなく静かに凝固するので，鋼塊中の脱酸生成物は，ほぼ生成した位置にそのままとどまっているとみなされる。試料中の定位置にあらかじめセットした脱酸剤からの距離と，脱酸生成物の形態，組成，分布などとの関連を調べ，その生成機構を明らかにするのが本研究の目的である。　現在，純粋な鉄一酸素合金および脱酸剤の溶製，さらにこれらを精密に組み合せた試料の作成，最適実験条件の決定などについて研究を進めている。写真はSiで脱酸したヱO％Ni鋼中の脱酸生成物の一例である。　　　　　　　　　　　　　　　　　共同研究の現況　些研究所は，科学披術庁附属研究所等共同研究規程（科学技術庁爵11令第1室3号）に基づき，外都機関と技術’1驚轍を’交換し，試験研究を分微することによi），効率的に研究を行っている。現在実施している共1司研究は次のとおりで一ある。蕎号王2345678910互1三21314151617181920　　　　　　　　　　　研　　　　究　　　　纏　　　　目勘品原、予炉耐熱合金のへりウム雰囲気におけるクり一プ及ぴ疲労拳重カの研究輯繍1熟法によるMoなどの単糸書1豊iの製造と機械的・1自1質に1菊する研究ナトリウム正111の腐食及び｛迂鍬移行試蛾による弄呈継蛸殖幻ヨの坦ヨ心月ヨ新含金の1溜発棚唯商悩…能熱発槻材料・に鯛する研究モリブテ“ン含金の漆接及び漆接継季の強度に闘する研究（II）溶搬熱伝導シミュレータの笑用微に闘する破究炭駿ガスレーザの金鰯力11コニヘの遜1詞に関する研究力］滅拒署壽用繍乖銭±藷趨…｛置導糸瑛†オ及ひ’趨量言置寒季マグネッ　トの乖肝’究1舞］発（II）核轟唾余炊繁一一雛候補セラミックスコーティング材の機械灼特悩1の蕎乎悩i研究ランダム荷璽疲れ試験披術の腕発に1装1する研究金属／セラミ・ソクス接含体の実芦同化禰干究熱サイクルした形状蕎己億含金中の鞍位の特性に1瑠する研究Sn－Ti含金芯を用いたNb茗Sn趨電導綴材の研究開発高強度オーステナイト合金の極低益乱における機械的特徽に1蝿する研究核鰍含煩繁一難材料に闘する試験研究（II）レーザービームカ11熱による譲雌能鰯電導化合物の作製に1装1する研究SUS・316系鍋の槻子ビーム溶接郷の微寒田組織及び継季強度に及ぽすへllウム照射の1杉辮に1薬1する研究溶被割韮季の疲労彗壷度評姻面淺に1装1する研究タングステン繊細倣化二・ンケル姥含金の拡敬防』二被覆に1製jする研究ユ・ソケル含金漆接金属に発生する再熱審11れに闘する研究　共　　薄］　研　　究　　者日オ（砥｛予・プ〕乖冊多看j折・來京タングステン㈱動力菊’王・核燃料1凋発籍薬［ヨllT　　　D　　K　　（㈱日オ〔，琢予一カ亜肝多已亨坂・新　　…ヨ　■本　　製　　鉄　　㈱㈱　　　　東　　　　芝譜寿」エネーレギー牛勿雲里労＝棚干’多芒戸斤東芝：タンカ’ロイ㈱㈱　一粥　欄’製　條　所日本楽盤製遊㈱北　　海　　遺　　大三　　　　斑　　機　　㈱三．菱　　機（㈱日本豚二子一力研究砺㈱　　　　東　　　　芝災　　京　　大　　学石川藩擦磨璽工薬㈱・蝦臼本製妻失1㈱東　芝　タ　ン　ガ　ロ　イ　㈱ヨ本ウェルテ’インク’一・ロッド｛㈱　　　　　　　　　　　　　　　　　　受託研究の現況　当研究所は，企叢・特殊法人等から研究の委託があった場含、科学技術庁受託研究規程（科学技術庁訓令第36号）に基づいて，研究を行っている。昭和59年度に実施した受託研究は次のとおつである。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　昭稲59隼度における受託研究年度 番号 桝　　　　究　　　　魑　　　　国 研　究　士旦　当　郷59 1 長螂使用ボイラ過熱播稽＝の内灰クり一プ言式！験（II） ク　リ　ープ試歓部2 疲労強度減少係数の蓋≡1互棚に漢1する研究 疲　　れ　　蕎式　験　　郁3 地熱水からのりチウムの鉋収に嘆1する研究 金燭化学研究菩碁4 醐叉ク1」プトン貯機シljンダの継金固1妻平櫛に僕1する研究一ルビジウムによる腐食蓋平価（lll）一 燥予・炉材料研究郷5 擦；j塑一炉用燃糊・委度茅望窒書＝のクリーフ㌣式醤粂（第i4次書式！験） ク　り　一プ試験都6 ジョセフソン接含繋ニア欄連糎慨澱材拳牛パラメータに牒1する禰干究（II〕 懸、｛氏濫機縦材料弼牙究グルーブ7 シミュレーション照射による将来材料の縦…射特傑の評｛而 原予炉材料研究部8 へりウム雰畷1気印におけるハステロイXR含金の浸炭挙鋤に及ぽすホウ素の影響 原子炉ヰ考料研究部9 剤姦度素材の靱性試鰍原究 彗壷力材料研究繍1O 潮王液体畷霧法による商速度鋼鰹微粉の製造に関する研究 金属加〕二研究譲；◆短信◆●海外出張山踏遺夫　エネルギー機器材料研究グループ総含研究官　含金設計の現状調査・資料収集及び粉末冶金團際会議に出席のため，昭和60隼7月3日から昭和60年7月19日まで，スイス，イギりス，アメりカヘ出張した。海5］二国義也　粉体技術研究部第3研究室長　第10回国際高圧力会議に出席のため，昭和60年7月6日から昭和60年7月1湘までオランダヘ出張した。繍集兼発行人印　　　　棚　　適巻　第320号　　　　　　　越　川　隆　光株式会社三興印棚策京都新宿区儒濃町12　　　東京（03）359－38釧代表）発　行 所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　東京都目累、区中目黒2丁冒3番12号　　　　電謡策京（03）7呈ト2271（代表）　　　　垂π舌　　i璽　　番　　号　　　153