希土類-遷移金属系合金中酸素溶解度測定による融体中局所安定構造熱力学モデルの開発

通过测量稀土-过渡金属合金中的氧溶解度开发熔体中的局部稳定结构热力学模型

• 批准号: 22K04787
• 负责人: 小林 能直
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04787/
• 关键词: 熱力学; 酸素溶解度; 希土類; 遷移金属; 液体金属物性

希土類金属-遷移金属(RE-M)融体中酸素の熱力学的性質の調査にあたり、実験方法の確立及びその妥当性の確認としてサマリウム-ランタン(Sm-La)融体と希土類酸化物相の相平衡に関する調査を行った。実験方法の確立に際し、用いるるつぼの材質、蒸気圧の高いサマリウムの揮発抑制、希土類金属を含む合金融体の酸化抑制などの課題を解決する必要がある。用いるるつぼの材質に関して調査を行い、希土類金属同士の合金融体を保持するには、モリブデン、タンタル、タングステンが適していることが分かった。これらのるつぼ材質のうち、モリブデンは希土類金属融体への溶解が少量見られ、実験に必要な純度とるつぼの入手性を考慮してるつぼ材質を決定する必要性があるとわかった。サマリウムの高い蒸気圧については、ジルコニア主成分の耐熱無機接着剤を用いてるつぼを密閉することでサマリウムの揮発を抑制することに成功した。同手法では無機接着剤の成分混入による希土類金属融体の純度低下も見られず、効果的なサマリウム蒸気抑制法であることが明らかとなった。希土類金属を含む合金融体の酸化抑制については、鉄またはチタン製のホルダーにるつぼを入れ、溶接密閉することで系内の酸素量を制限し、酸化抑制に成功した。上記で開発した実験方法の妥当性の検証のため、1573 KにおいてSm-La融体中と希土類酸化物相の平衡実験を行った。その結果、Sm-La融体と平衡する酸化物相はLa2O3とSm2O3の固溶体であることが明らかとなった。また、Sm-La融体中酸素溶解度の測定にも成功し、実験方法の確実性を示すことができた。

为了研究稀土金属-过渡金属（RE-M）熔体中氧的热力学性质，我们建立了一种实验方法并对其进行了相平衡研究。建立实验方法时，需要解决所用坩埚的材质、抑制高蒸气压钐的挥发、抑制含有稀土金属的合金体的氧化等问题。我们研究了所用坩埚的材料，发现钼、钽和钨适合盛装稀土金属合金。在这些坩埚材料中，观察到少量钼溶解在稀土金属熔体中，发现需要考虑实验所需的纯度和坩埚的可用性来决定坩埚材料。针对钐的高蒸气压，我们通过使用以氧化锆为主要成分的耐热无机粘合剂密封坩埚，成功抑制了钐的挥发。通过该方法，稀土金属熔体的纯度不会因无机粘合剂成分的混合而降低，这表明该方法是有效的钐蒸气抑制方法。为了抑制含有稀土金属的合金体的氧化，研究小组通过将坩埚放置在由铁或钛制成的支架中并通过焊接密封以限制系统中的氧气量，成功地抑制了氧化。为了验证上述实验方法的有效性，我们在1573 K下进行了Sm-La熔体与稀土氧化物相的平衡实验。结果表明，与Sm-La熔体平衡的氧化物相是La2O3和Sm2O3的固溶体。我们还成功测量了 Sm-La 熔体中的氧溶解度，证明了我们实验方法的可靠性。