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Diffusion measurements of Si in liquid Al-Cu-Si alloy using X-ray radiography and shear cell techniques

Shiinoki, Masato und Sondermann, Elke und Meyer, Andreas und Suzuki, Shinsuke (2026) Diffusion measurements of Si in liquid Al-Cu-Si alloy using X-ray radiography and shear cell techniques. International Journal of Heat and Mass Transfer, 263, Seite 128560. Elsevier. ISSN 0017-9310.

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Kurzfassung

Impurity diffusion coefficients of Si in liquid Al alloys are essential for understanding solidification but are difficult to measure due to convection and the ineffectiveness of X-ray radiography (XRR) for elements with similar atomic numbers. To address this problem, this study aims to propose a methodology for determining diffusion coefficients by using a tracer to quantify and correct for additional mass transport. Diffusion experiments were conducted on Al-Cu-Si alloys at 973 K, combining XRR and the shear cell techniques with stable density layering by adding Cu to the Al-Si system. Using Cu as a tracer allowed for the quantitative evaluation of shear convection via in-situ XRR. Based on the impurity diffusion coefficients of Cu obtained from XRR results, it was confirmed that the diffusion experiments were conducted under conditions where natural convection was effectively suppressed during the entire diffusion time. Furthermore, the additional mass transport induced by shear convection was quantitatively corrected by isolating the initial mass transport from cell insertion and the final mass transport from cell separation. The initial mass transport was derived from the intercept of in-situ XRR data. The final mass transport was determined by the difference between the final XRR and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) results for Cu. The obtained impurity diffusion coefficient of Si was determined to be (7.81 ± 0.90) × 10–9 m2s-1 at 973 K. Additionally, the validity of adding Cu was confirmed by thermodynamic calculations, which showed that the thermodynamic coupling between Cu and Si fluxes in the ternary system is negligible.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/223318/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Diffusion measurements of Si in liquid Al-Cu-Si alloy using X-ray radiography and shear cell techniques
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Shiinoki, Masatostag7211 (at) asagi.waseda.jpNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sondermann, Elkeelke.sondermann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5935-8945NICHT SPEZIFIZIERT
Meyer, AndreasAndreas.Meyer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Suzuki, ShinsukeWaseda University, Tokyo, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Erschienen in:International Journal of Heat and Mass Transfer
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:263
Seitenbereich:Seite 128560
Verlag:Elsevier
ISSN:0017-9310
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Diffusion coefficientX-ray radiographyShear cell techniqueStable density layeringICP-OESAl-Cu-SiThermodynamic factor
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Hinterlegt von: Sondermann, Elke
Hinterlegt am:11 Mär 2026 08:46
Letzte Änderung:11 Mär 2026 08:46

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