アルミニウム凝固過程をリアルタイム観察する新研究(Kate Rader and Aashish Rohatgi Lead Award-Winning Research Advancing Aluminum Manufacturing)

2026-07-16 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

米国エネルギー省パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)のKate Rader氏とAashish Rohatgi氏が、アルミニウム材料の性能向上に貢献する研究により、米国鉱物・金属・材料学会(TMS)の若手研究者賞を受賞した。Rader氏は、軽量で高強度なアルミニウム合金の組織形成や変形機構を高度な電子顕微鏡や計算解析を用いて解明し、自動車や航空宇宙分野における高性能材料の開発を推進している。一方、Rohatgi氏は、アルミニウム合金の凝固過程や微細組織の形成を予測する計算モデルを開発し、製造工程の最適化や材料特性の向上に取り組んでいる。両氏の研究は、従来の試行錯誤に依存した材料開発から、実験と計算科学を融合した効率的な材料設計への転換を促進するものである。これらの成果は、輸送機器の軽量化によるエネルギー効率向上や温室効果ガス排出削減、次世代製造技術の発展にも貢献すると期待されている。

<関連情報>

市販のAl-Si-Mg合金の凝固過程における超音波微細構造微細化のその場シンクロトロンX線回折 In-Situ Synchrotron X-Ray Diffraction of Ultrasonic Microstructural Refinement During Solidification in a Commercial Al–Si–Mg Alloy

Katherine E. Rader,Andrew Chuang,Mark Bowden,Alan Schemer-Kohrn,Jonova Thomas,Dileep Singh & Aashish Rohatgi
Metallurgical and Materials Transactions A  Published:04 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1007/s11661-025-07939-6

アルミニウム凝固過程をリアルタイム観察する新研究(Kate Rader and Aashish Rohatgi Lead Award-Winning Research Advancing Aluminum Manufacturing)

Abstract

This study reports the first use of in-situ synchrotron X-ray diffraction (SXRD) to study the effects of ultrasonic melt processing (USMP) on phase and grain size evolution during solidification in a commercial Al–Si–Mg casting alloy. USMP is a technique that, when applied to aluminum as it solidifies, can be used to refine the local microstructure of large-scale castings. Analysis of the in-situ SXRD data to estimate the average grain size of primary α-Al grains during USMP demonstrates that USMP slows the growth rate of α-Al grains and reduces grain size by 36 pct. There is also evidence that USMP causes the primary α-Al grains to move relative to the X-ray beam; such motion increases the probability of primary α-Al grains colliding and fragmenting. This movement becomes constrained at the onset of the Al–Si binary eutectic, suggesting that USMP ceases to effectively refine the microstructure once the Al–Si binary eutectic begins to form. Complementary laboratory-scale X-ray diffraction (XRD) data were used to correlate the lattice parameters of the α-Al and Si (D-A4) phases with temperature to estimate cooling rate during solidification. Thus, this study can guide the design of novel castings with spatially distributed fine-grained regions produced using local ultrasonic processing.

0703金属材料
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