SUZUKI, Shinsuke



Faculty of Science and Engineering, School of Fundamental Science and Engineering

Job title


Concurrent Post 【 display / non-display

  • Faculty of Science and Engineering   Graduate School of Fundamental Science and Engineering

Research Institute 【 display / non-display

  • 2020

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

Degree 【 display / non-display

  • Waseda University   Doctor of Engineering

Professional Memberships 【 display / non-display











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Research Areas 【 display / non-display

  • Metals production and resources production

  • Metallic material properties

  • Mechanics of materials and materials

  • Aerospace engineering

Research Interests 【 display / non-display

  • solidification, casting, physical properties of liquid metals, porous metals, plastic deformation, mechanical properties, space utilization

Papers 【 display / non-display

  • Development of Manufacturing Technique for Light-weight and Multi-functional Porous / Cellular Metals and Reduction of Environmental Impact through Their Use Expansion

    Shinsuke Suzuki

      in press  2021.10  [Refereed]  [Invited]

    Authorship:Lead author

  • The Effect of CaO-MgO Mixture on Desulfurization of Molten Ni-Base Superalloy

    Takahide Horie, Takaaki Kono, Yuki Kishimoto, Kyoko Kawagishi, Shinsuke Suzuki, Hiroshi Harada

    Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metallurgy and Materials Processing Science   52 ( 4 ) 2687 - 2702  2021.08

     View Summary

    Desulfurization ability and hydration resistance of CaO-MgO mixture were studied by comparing CaO-MgO, CaO and MgO rods. In desulfurization experiment, Ni-base superalloy and NiS powder were melted together, and each rod was held in the melt for a prescribed time under 1600 °C. S content in the alloy was lower in CaO-MgO desulfurization than that in CaO desulfurization in every holding time up to 300 seconds. Almost no desulfurization effect was confirmed in MgO. From EPMA and XRD analyses, it is considered that CaO-Al2O3-MgO ternary compound and CaS were generated and coexisted in the CaO-MgO rod during the desulfurization process. In the CaO-MgO desulfurization, the compound contained MgO as its component, and that decreased the liquidus temperature of the compound. Therefore, it is considered that the fraction of liquid increased, and the effective diffusion coefficient of S in the compound was larger than in the CaO desulfurization. In hydration experiment, each rod was maintained in an enclosed vessel with weighing paper and a cup with water for a certain period. The mass increasing ratio of the CaO-MgO was almost equal to that of the CaO. From the above, it is clear that CaO-MgO is a better desulfurization agent than CaO.


  • Effects of Solidification Conditions on Grain Refinement Capacity of TiC in Directionally Solidified Ti6Al4V Alloy

    Naoki Date, Shunya Yamamoto, Yoshimi Watanabe, Hisashi Sato, Shizuka Nakano, Naoko Sato, Shinsuke Suzuki

    Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science   52 ( 8 ) 3609 - 3627  2021.08

     View Summary

    In this study, the effects of solidification conditions on the grain refinement capacity of heterogeneous nuclei TiC in directionally solidified Ti6Al4V alloy were investigated using experimental and numerical approaches. Ti6Al4V powder with and without TiC particles in a Ti6Al4V sheath was melted and directionally solidified at various solidification rates via the floating zone melting method. In addition, by using the phase field method, the microstructural evolution of directionally solidified Ti6Al4V was simulated by varying the temperature gradient G and solidification rate V. As the solidification rate increased, the increment of the prior β grain number by TiC addition also increased. There are two reasons for this: first, the amount of residual potent heterogeneous nuclei TiC is larger. Second, the amount of TiC particles that can nucleate becomes larger. This is because increasing the constitutional undercooling ΔTc leads to the activation of a smaller radius of heterogeneous nuclei and a higher nucleation probability from each radius. At a cooling rate R higher than that in the floating zone melting experiment (R = 3 to 1000 K/s), the maximum degree of constitutional undercooling ΔTc,Max has a peak value, which suggests that constitutional undercooling ΔTc has a smaller contribution at higher cooling rates, such as those that occur during electron beam melting (EBM), including laser powder bed fusion (LPBF).


  • Required Diffusion Time for in-situ Measurement of Diffusion Coefficients in Liquid Alloys by X-ray Fluorescence Analysis

    Yoshihiro KOBAYASHI, Masato SHIINOKI, Reina YAMATAKE, Tadahiko MASAKI, Shinsuke SUZUKI

    International Journal of Microgravity Science and Application   38 ( 3 ) 380302-1 - 380302-2  2021.07  [Refereed]

    Authorship:Last author

  • Spectral Processing and Intensity Ratio Measurement Using X-ray Fluorescence Analysis in Liquid Alloys

    Reina YAMATAKE, Masato SHIINOKI, Yoshihiro KOBAYASHI, Tadahiko MASAKI, Shinsuke SUZUKI

    International Journal of Microgravity Science and Application   38 ( 3 ) 380303-1 - 380303-3  2021.07  [Refereed]

    Authorship:Last author

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Books and Other Publications 【 display / non-display

  • ポーラス金属の高速圧縮試験方法 JIS H 7904

    ポーラス金属の高速変形特性評価試験方法の標準化調査研究委員会, 含, 鈴木進補, JIS原案作成委員

    日本工業標準調査会  2012.03

  • 新材料・新素材シリーズ マクロおよびナノポーラス金属の最前線


    シーエムシー出版  2011.07 ISBN: 9784781303475

  • Mechanical testing of metals - Ductility testing - Compression test for porous and cellular metals, ISO 13314

    ポーラス金属国際標準化委員会, 含, 鈴木進補

    International Organization for Standardization  2011

  • High-Temperature Measurements of Materials (Advances in Materials Research 11), Chapter 4 Diffusion Coefficients of Metallic Metals Measured by Shear Cell Technique under Microgravity and on the Ground (pp.61-84)

    H.Fukuyama, Y.Waseda (E, S.Suzuki(C

    Springer  2008.11 ISBN: 9783540859178

  • ポーラス金属用語 JIS H 7009

    ポーラス金属用語調査研究委員会, IS原案作成委員, 含

    日本工業標準調査会  2008.09

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Industrial Property Rights 【 display / non-display

  • ポーラス構造体、その製造方法及びポーラス構造体製造装置

    市川 淳一, 林田 達郎, 鈴木 進補, 豊山 竜史, 矢原 良脩


Awards 【 display / non-display

  • (社)日本金属学会 論文賞第7回「まてりあ論文」


  • (社)高温学会 解説賞


  • (社)日本マイクログラビティ応用学会 奨励賞


  • (社)軽金属学会 学生優秀発表賞


  • (社)軽金属学会 学生優秀発表賞


Research Projects 【 display / non-display

  • 液体金属中における拡散係数予測式の構築

    Project Year :


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    液体金属の拡散を支配する因子の影響を定量的に明らかにし、拡散係数予測式を構築することを目的とする。シアーセル法と安定密度配置を用い,主にSn,Pb,およびAlを溶媒として拡散実験を行い,不純物拡散,自己拡散係数を測定する。また,Sn-Pb合金の拡散対による相互および固有拡散係数の同時測定も行う。これらのデータを基に,溶媒と溶質間における元素の半径比(溶媒元素の原子半径/不純物元素の原子半径)、熱力学因子で整理し定式化する。これを基に粘性などの既知の物性値データから、未知の不純物、固有および相互拡散係数を予測する式を構築する。液体金属の拡散を支配する因子の影響を定量的に明らかにし、拡散係数予測式を構築することを目的とし,以下の項目について,シアーセルと試料の安定密度による実験を行い,知見を得た.(1) 易動度、熱力学的因子Φis、原子半径比および温度の影響:Sn合金(SnSb, SnIn, SnBi)とSnからなる拡散対とし,各合金に不純物元素を5at.%添加した.拡散温度及び拡散時間を773 K,16200 s(Bi及びSb添加),973 K,10800 s(In及びSb添加)として拡散実験を行った.二体分布関数の文献値と温度依存を考慮した原子半径を剛体球モデルの式に代入し,得られた拡散係数を再現可能である.(2) 溶質に対する溶媒元素の原子半径比(rs/ri)と熱力学的因子による拡散係数(不純物拡散,トレーサー拡散)の整理:液体Sn中のCuの不純物拡散実験を拡散温度573K,拡散時間28800sで行い.rs/ri >1の検討をした.取得したDisは,(rSn/ri)ΦiSnに比例することを仮定した際の推測値より21 %小さかった.従って, rs/ri >1では,不純物拡散係数が(rs/ri)Φisに比例する式を補正する必要がある.(3) 相互作用(熱力学的因子)による影響を,1)トレーサー拡散と固有拡散の関係,2)固有拡散と相互拡散の関係:SnXPbY (X+Y=100)として,中間組成がX=25(Pb-rich)およびX=75(Sn-rich)の二種類の相互拡散実験を拡散温度773 K,拡散時間 9000 sで行った.同時に,中間セルに同位体124Sn 及び 207Pbを濃化させた試料を用い,固有拡散実験も行った.Sauer-Freise法を用いて相互拡散係数の濃度依存性を解析した.固有及び自己拡散係数とDarken,熱力学的因子から求めた相互拡散係数と,測定値の差異について検討した.予定していた実験を実施できている.<BR>【研究実績の概要】(2)で説明した通り,rs/ri >1の場合, 自己拡散係数を比例定数とし,(rSn/ri)ΦiSnに比例する式から求めた値より21%小さくなった.申請時に予想していたよりも詳細な検討が必要であるとわかった.これにより,むしろ不純物拡散幻想について新たに興味深い知見が得られるものと期待できる.【研究実績の概要】(3)で述べた通り,固有及び自己拡散係数とDarken,熱力学的因子から求めた相互拡散係数と,測定値の差異が見られ,申請時に予想していたよりも詳細な検討が必要であるとわかった.これにより,むしろ新たに相互拡散現象について興味深い知見が得られるものと期待できる.今後は,申請時の計画通り,拡散実験およびデータ解析を進めていく.ここで,初年度課題となった,rs/ri >1の場合の不純物拡散の(rSn/ri)ΦiSnからの差異,相互拡散のDarkenの式による予測式からの差異に着目して,その原因の究明および予測式の構築を試みる.相互拡散係数で用いるPbの自己拡散係数は,文献値を利用しており,本研究で用いている装置と異なるため,ここで,機種差が原因となっている可能性もある.そこで,Pb同位体自体の密度差を利用した安定密度配置による自己拡散実験を行う.また,引き続き不純物拡散係数の温度依存性について剛体球モデルを用いて検討する

  • Investigation of diffusion mechanism and dynamic behavior through accurate measurements of diffusion coefficients of liquid metals

    Project Year :


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    This study was done to clarify the diffusion mechanism of liquid metals by accurate measurements of diffusion coefficients through impurity diffusion and inter-diffusion experiments using shear cell and stable density layering. Impurity diffusion experiments of Pb, In, Sb and Ag in liquid Sn and inter-diffusion experiments of Sn-Pb were performed at 573 and 773K, respectively. The results impurity diffusion experiments show quantitatively that the impurity diffusion coefficient decreases with increasing atomic radius of impurity and thermodynamic factor, which exhibits the affinity between solvent and solution atoms. The results of inter-diffusion experiments show that the inter-diffusion coefficients agree well with the theoretical values by Darken's equation with concentration of alloying elements lower than 5at%

  • Fabrication of Novel Nano-hollow Sphere Metals and Metallic Nano-tube and Elucidation of Physical Properties

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    Nano-hollow sphere and nano-tube made of metals or oxides were fabricated by utilizing the nano-hollow spaces accumulated by vacancy migration through interdiffusion between oxide shell and metal core, the former of which was formed by surface oxidation. Their formation mechanism and the thermal stability were clarified by the transmission electron microscopy. Moreover, the magnetic and damping properties of hollow oxides nanoparticles were evaluated

  • Fabrication of Lotus Metals Consisting of Two Different Metals Using Continuous Casting Technique with Multiple Molds

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    Lotus-type porous metals with pores elongated in one direction are expected to be applied to light-weight structural materials of transport machineries. In this study, lotus aluminum alloys were fabricated using Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Mg and so on by unidirectional solidification, and the morphologies of pores were investigated. The pores generated and grew in the eutectic region among several dendrite arms. The shape of pores reflected the morphologies of the surrounding dendrite arms. The size of pores was in the same order as the dendrite arm spacing. Furthermore, lotus-type porous magnesium ingots were fabricated in pressurized hydrogen atmosphere through a mold casting technique. The mold consisted of two cooling blocks placed at the bottom and one lateral side. It was found that the pores started to grow upwards and horizontally and the both directional pores merged and then shifted to the direction. Such anisotropic growth directions of pores were in good agreement with the directions of the temperature gradient predicted by two-dimensional finite differential analysis. The mechanisms were investigated for the interruption of pore growth, the collision of two pores grew from two solid-liquid interfaces, the formation of curved pores, and the pore coarsening at the bonding plane of two solid-liquid interfaces

  • ガス化合物添加による貫通孔型ポーラス金属の製法開発と電子・医療機器材料への応用

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Presentations 【 display / non-display

  • Recent Progress in Light Weight and Functional Porous Metals - Fabrication, Microstructure and Mechanical Properties

    Shinsuke Suzuki  [Invited]

    The International Conference on Materials Processing Technology MAPT2017 

    Presentation date: 2017.11

  • Recent Progress in Fabrication Techniques of Porous and Cellular Metals in Japan

    Shinsuke Suzuki  [Invited]

    Cellular Materials CellMat2016 

    Presentation date: 2016.12

  • 鋳造・凝固を利用したポーラス金属の製法

    (公社)日本鋳造工学会 第89回関東支部講演会 

    Presentation date: 2014.08

  • 半溶融・半凝固状態を利用したポーラス金属の作製

    日本塑性加工学会 第308回塑性加工シンポジウム 「半溶融・半凝固加工技術のこれまでとこれから」 

    Presentation date: 2014.06

  • Diffusion Measurements in Liquid Alloys for Solidification and Soldering Processes

    Shinsuke Suzuki, Noriyuki Yamada, Anna Tanaka, Koji Suzuki  [Invited]

    10th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids DSL-2014 

    Presentation date: 2014.06

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Specific Research 【 display / non-display

  • 易動度、熱力学的因子、原子半径比による液体金属の拡散係数の定式化


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  • 金属ガラス液体中の拡散係数測定によるガラス形成機構解明


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    金属ガラスは,凝固時の冷却速度が10K/s程度と遅い場合においてもガラス化する金属であり,特異な性質を示す.金属ガラスの合金設計のため,ガラス化メカニズムの研究が盛んになされてきたが,未だに未解明な点が多い.研究代表者らは,過冷却液体における拡散係数がガラス化に大きな影響を与えると考えた.しかしながら,過冷却液体は,非平衡状態であるため,測定中の結晶化により取り扱いが困難である.そこで,本研究では,その場で濃度測定を行える蛍光X線を用いた拡散係数測定装置の有効性の検討を目的とした.開発した装置により,液相状態の低融点合金SnBiのBi濃度を液体状態で測定し,本方法の有効性を検証し,液相表面を覆う分析窓が分析の精度に与える影響を検討した. 遮蔽ボックス内に,マントルヒーターとX線源および検出器を設置した.Sn57Bi43をるつぼに入れ,上部にグラファイトまたは石英ガラスの分析窓を置き,マントルヒーターで443Kに加熱し,溶解した.X線源と液体金属表面からの距離を31.5mmとし,検出時間180sで10回の繰返し測定を行った.比較のため,上記合金のBi濃度を固体状態でICP-OESにより測定した.エネルギー域10keV以上ではグラファイト窓・石英窓共に明確な Sn,Biのピークを検出できた.BiLα線の再現精度を示す変動係数CVは,分析窓がない場合は0.92%と算出されたが,分析窓を使用した場合は,1.0~2.5%と大きくなった.検出時間を長くした結果,グラファイト窓・石英窓共にCVを1.15%以下に改善できた.再現精度の評価のために測定したICP-OESのCVが1.3%以下であったことを考慮すると十分な精度であるといえる.以上よりグラファイト窓,石英窓を使用時に,10KeV以上のエネルギー域ではICP-OESと同程度の精度で蛍光X線分析をすることが可能であることを明らかにした.本測定方法は,金属ガラス液体中の拡散係数測定における濃度分布のその場測定にも適用できると期待できる.

  • 方向性気孔を多数有する軽量ポーラスアルミニウム合金の製法開発と強化


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    近年環境負荷の低減を目的として,輸送機の軽量化が強く求められている.このような背景から,新たな軽量構造材料としてポーラス金属の開発が行われている.そのような材料のなかでも,方向性気孔を有するポーラス金属は,気孔率が増加しても長手方向には比強度が低下しないという優れた機械的性質を持つことが知られている.しかしながら,従来このような材料を作製するためには加圧水素ガスを利用するなど,高価で複雑なプロセスが必要とされていた.そこで本研究では方向性気孔を有するポーラス金属を作製することを目的として,パイプ束と基材溶湯とを溶融接合させ,簡易的に均質な気孔形状の方向性気孔を有するポーラスアルミニウム合金を作製する凝固プロセスを考案した.本申請課題では,パイプ浸漬実験と連続鋳造実験を行い,パイプと基材の接合状態を調べ,本方法の有効性を明らかにした.  純Alパイプ(内径:18 mm,肉厚:1 mm)を600 ℃に加熱したAl-12.6 mass%Si基材溶湯に浸漬し一定時間保持した後炉外へ取出し凝固させ,炉内保持時間を変化させ作製した試料の保持時間と肉厚の変化の関係を調べた.また,これらの結果に基づき複数本の純Alパイプ(内径:3 mm,肉厚:0.5 mm)を用いて同様の実験を行い,パイプと溶湯との接合の可否やパイプの肉厚変化などの測定を行った.溶湯温度を600 ℃,引出速度を120 mm/minとして内径3 mmのパイプと溶湯を同時に引出す連続鋳造実験を行った. 浸漬実験の結果,保持時間が増加するにつれてパイプ肉厚は減少する傾向にあったが,保持時間を長く取りすぎなければパイプは十分に接合しかつ溶損せずに残ることがわかった.また,浸漬実験で複数本の細径パイプ束を用いることで配列した方向性貫通気孔を有する気孔率約40 %のポーラスアルミニウム合金を作製することができた.連続鋳造実験では,引出されたパイプと溶湯により方向性気孔を有するポーラスアルミニウム合金を作製することができた.

  • 液体Sn中のSbの不純物拡散係数測定による自由体積の変化と拡散係数との関係の解明


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    従来,液体金属中の拡散係数は自然対流により測定が困難とされていたが,近年代表研究者らは試料の安定密度配置とシアーセル法を組み合わせた対流抑制方法を開発し,高精度の拡散係数測定を可能にした。しかしながら,未だ十分な量の測定データが得られていないため,液体金属における拡散のメカニズムは未だに解明されていない。そこで,本研究は拡散実験により液体金属の自由体積などの材料学的因子がどのように作用しているかを調べることを目的とした。 本研究では,拡散実験装置であるシアーセルの設計を行った。この実験装置は,直径d=1.5 mmの孔を持つグラファイト製のディスク(厚さH=3 mm、消耗品)を20枚重ね合わせることで,その孔が連結し長さ60 mmのキャピラリーを形成する構造となっている。シアーセル法と試料の安定密度配置を組み合わせた方法により液体試料中の対流を抑制し,厚さ3 mmのSn-5 at.% SbからのSnへSbの拡散を測定した。シアーセルを炉内で903 Kで3.5 h保持し,拡散実験後の試料のSb濃度に厚い層からの拡散の理論式をフィッティングすることにより拡散係数を求めた。比較のため,Sn中のBiの拡散も測定した。 地上で安定密度配置を用いて得られたSbのSn中への不純物拡散係数は,4回の比較実験において良く一致した。さらに,以前の微小重力結果と同等の値を示したことから,拡散実験中の対流は抑制されたと考えられる。また,測定したSn中のBiの拡散係数は,これまでの結果で明らかになっている絶対温度の約2乗に比例する式で良好にフィッティングすることができた。また,過去の文献値と比較すると,903 KでのSn中の不純物拡散係数を比較するとBi, In, Sbの順に大きくなることも明らかとなった。 温度上昇に伴う自由体積の増加や,溶質の原子半径の減少により拡散係数が増加することは,従来提案されていた溶媒の自由体積を媒介として拡散するというメカニズムと矛盾しない。 本研究で対象とした材料系において,温度及び溶質が拡散係数に与える影響を明らかにした。今後,これらの因子及び他の因子が拡散係数に与える影響をさらに定量的に調べ,拡散のメカニズムを詳細に考察する必要がある。


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