低温粒界拡散、転位拡散の分析電子顕微鏡による研究

本研究では、ECAP(Equal Channel Angular Pressing)加工でAl固溶体合金を微細粒化し、拡散対を作製してAl中のHg,Znの粒界拡散係数の評価をおこなった。また、モデル合金としてAl-3.7mass%Cu合金を用い、粒界無析出帯における濃度変化を分析電子顕微鏡を用いて測定し、析出時における粒界近傍のCu原子の拡散について定量的に評価した。添加元素としてCu原子と親和力の異なるMg,Sn,Zr元素を選び、Cu原子の拡散に与える影響について調べた。1,偏析の有無について(1)Znを微細粒Al-0.1mol%Scの表面に電着し、拡散熱処理を行い、拡散領域での粒界を分析電子顕微鏡で調べたが偏析は確認できなかった。2,Cu原子の拡散について(1)溶体化熱処理後、水冷した材料において時効温度が下がるにつれて、拡散係数が従来報告されているCuの不純物拡散係数値よりも高い値を示した。その原因は水冷で導入された過剰空孔によるものと考えられた。(2)溶体化処理後、空冷した試料を453Kで時効すると、同温度で時効した水冷材に比べて母相内の析出密度が低いが、粒界近傍の濃度プロファイルに違いは見られなかった。この違いについて、粒界無析出帯の形成メカニズムとして提案されている空孔集合体モデルが考えられた。(3)粒界角度が2°以内の小角粒界を除いては、対応粒界、ランダム粒界および小角粒界において、濃度プロファイルに違いは生じなかった。(4)親和力がCuと大きいMgやSnを添加した場合、453Kの時効では非添加剤に比べて粒界におけるCuの拡散距離が短くなり、拡散係数が減少した。空孔との親和力が大きいがCuとの親和力が小さいZrを添加した場合、どの温度においても拡散係数は同じであった。Cuの拡散は空孔よりもCuとの親和力の大きい元素の添加によって抑制されることがわかった。

本研究では、ECAP(Equal Channel Angular Pressing)加工でAl固溶体合金を微細粒化し、拡散対を作製してAl中のHg,Znの粒界拡散係数の評価をおこなった。また、モデル合金としてAl-3.7mass%Cu合金を用い、粒界無析出帯における濃度変化を分析電子顕微鏡を用いて測定し、析出時における粒界近傍のCu原子の拡散について定量的に評価した。添加元素としてCu原子と親和力の異なるMg,Sn,Zr元素を選び、Cu原子の拡散に与える影響について調べた。1,偏析の有無について(1)Znを微細粒Al-0.1mol%Scの表面に電着し、拡散熱処理を行い、拡散領域での粒界を分析電子顕微鏡で調べたが偏析は確認できなかった。2,Cu原子の拡散について(1)溶体化熱処理後、水冷した材料において時効温度が下がるにつれて、拡散係数が従来報告されているCuの不純物拡散係数値よりも高い値を示した。その原因は水冷で導入された過剰空孔によるものと考えられた。(2)溶体化処理後、空冷した試料を453Kで時効すると、同温度で時効した水冷材に比べて母相内の析出密度が低いが、粒界近傍の濃度プロファイルに違いは見られなかった。この違いについて、粒界無析出帯の形成メカニズムとして提案されている空孔集合体モデルが考えられた。(3)粒界角度が2°以内の小角粒界を除いては、対応粒界、ランダム粒界および小角粒界において、濃度プロファイルに違いは生じなかった。(4)親和力がCuと大きいMgやSnを添加した場合、453Kの時効では非添加剤に比べて粒界におけるCuの拡散距離が短くなり、拡散係数が減少した。空孔との親和力が大きいがCuとの親和力が小さいZrを添加した場合、どの温度においても拡散係数は同じであった。Cuの拡散は空孔よりもCuとの親和力の大きい元素の添加によって抑制されることがわかった。