著しくガラス形成能を高める微量添加元素効果の機構解明

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本研究は主にマグネシウム系バルク金属ガラスの形成条件を明らかにすることを主な目的とした。そのため、最もガラス形成能が高いことで知られるMg_<65>Cu_<25>Y_<10>合金の構造の特徴と、Mg中におけるCuおよびYのガラス形成能に及ぼす役割を明らかにすることを目指した。1年目の研究ではEXAFSを用いてMg_<65>Cu_<25>Y_<10>金属ガラスのCuおよびY原子の局所構造を調べた。その結果、Cu、Yの局所構造はhcp Mgとよく似た原子配列を持つことを明らかにした。このことからMg_<65>Cu_<25>Y_<10>合金は原子半径が異なるMg, Y, Cuが最も稠密構造となる組成であることを示しており、本合金のバルク金属ガラスの安定性にとって原子の寸法効果が重要な因子となっていることを明らかにした。2年目となる本年度の研究はhcp Mg中のCuおよびYが相互にどのような影響を及ぼしあっているかについて調べることを目的に、Mgに微量なCuおよびYを添加した合金の、TEMによる微細組織を調べることを目的とした。測定に用いた試料は溶融急冷法により作製したMg_<99>Cu_1、Mg_<98>Cu_1Y_1、Mg_<98>Cu_1Gd_1およびMg_<98>Ni_1Y_1であった。その結果、次のようなことが明らかとなった。1)Mgに1at%Cuを単独に添加した場合は、微細なMg_2Cuが結晶粒内と粒界に析出した。2)Mgに1at%Cuと1at%Yを複合添加した場合はc軸に直角方向に配向した100-200nm程度の大きさの筋状の微細な析出物が粒内に析出した。3)高分解能電顕観察の結果、この析出物は非晶質相からなる細長い中心部分と、その両側を14Hの長周期積層構造がサンドイッチした極めて珍しい析出物であることを発見した。これを我々はLAL粒子と名付けた。4)このLAL粒子の組成を調べたところ、中心部分の非晶質相がMg:67,Cu:28,Y:5at%で、長周期層はMg:80,Cu:15,Y:5 at.%であった。以上のことから、Mg中にCuおよびYを微量に含む場合、急冷状態で結晶粒内に非晶質相が形成されること。この非晶質相の組成がバルク金属ガラスを形成するMg_<65>Cu_<25>Y_<10>に近いことが明らかとなった。