イオン・ビームを用いた軽金属材料表面のガラス化とガラス複合材料開発に関する研究

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本年度は、イオン注入による表面非晶質化を目的として、合金元素のひとつであるCuおよび合金元素とまじりあわないとされるAuイオン注入による表面構造変化を明らかにするとともに、元素添加ならびに原子衝突効果について検討した。試料としてZr_<55>Ni_5Al_<10>Cu_<30>板状合金(t=2mm)を用いた。結晶相と非晶質相が混在している表面と、これらを熱処理して結晶化させた表面についてイオン注入を行い、X線回折を用いてイオン注入前後、および熱処理にともなう表面構造の変化を調べたほか、ラザフォード後方散乱により注入深さ領域の組成変化を測定した。さらに中性子照射による構造および表面形態への影響についても調べた。結晶相と非晶質相が混在している未注入試料では、bct-Zr_2Cuとfcc-Zr_2Cuに対応する回折ピークが見られるが、イオン注入量の増加とともにそれぞれのピーク強度が減少し、非晶質化が進行することがわかった。これらの回折ピーク強度は熱処理により回復、増大するが、Au注入量が増えるにしたがい結晶化は起こりにくくなる。一方、未注入試料を850K100分間熱処理するとおもにbct-Zr_2Cuが大きく成長した結晶表面が得られた。この結晶化した試料表面にAuおよびCuイオン注入をおこなうと10^<20>ion/m^2以上の注入量で非晶質化がいちじるしく促進された。遷移金属では固溶度の小さい卑金属元素を15%程度以上注入すると非晶質になる場合が報告されているが、本実験で用いたZr基合金では合金構成元素であっても数%程度の注入量で非晶質化が起こることを示している。さらに、注入試料に対する760K 30sの熱処理でも結晶化は起こらず、室温での少量のイオン照射で、安定な非晶質表面が得られることが明らかになった。一方、中性子照射では表面の形態変化が見られたが、金属ガラス構造への影響は比較的少ないことがわかった。