J. Jpn. Inst. Light Met. 63(9): (2013)

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けんじまきい
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63 9 2013 318 328 Al Mg Si * Journal of The Japan Institute of Light Metals, Vol. 63, No.

1 Al Mg Si * Journal of The Japan Institute of Light Metals, Vol. 63, No , The Japan Institute of Light Metals My story about research for precipitation sequence in Al Mg Si alloys Susumu IKENO* Al Mg Si % JIS 2S 98.7% Al Mg Si X Al Cu Si Mg Si Si Mg Mg Si Si Si * Professor Emeritus of University of Toyama, Hokuriku Polytechnic College , Kawabuchi, Uozu-shi, Toyama, Ikeno-Susumu@jeed.or.jp

J. JILM 63 2013 9 319 Si Mn Mn 1,2 Cr Zr MnMn 6000 2 Al Mg Si 2.

2 J. JILM Si Mn Mn 1,2 Cr Zr MnMn Al Mg Si Al Mg Si 1 Mg/Si 2 Mg 2 Si Mg 2 Si Mg Si α- Mg 2 Si Si Mg 2 Si Si Si Si Fe, Mn, Cr Si Si Si Si Mg Si 6000 G. P. β β β 1990 X TEM 3 14 Al Cu Al Zn Mg Al Zn Cu X 15,16 Al Mg Si Al Cu 3 Si Mg 6000 Si Fe 0.01% 99.99%Al 1 Al Mg Si

3 K Mg 2 Si Al Mg Si 19 Si Mg Mg 2 Si mass%% Si Mg Mg 2 Si Si Mg Mg Mg 6000 Mg 2. 2 Mg Si 4 1.6% Mg 2 Si 5 G. P. 17 G. P. G. P. G. P. HRTEM K Al 1.6mass%Mg 2 Si a G. P. G. P. Al Cu G. P. X

J. JILM 63 2013 9 321 図 6 423 K で 60 ks 時効した Al 1.6mass%Mg2Si 合金中に観察された G. P. ゾーンの HRTEM 像 a 単層および b 多層 G. P. ゾーン 17 図 7 単層 G. P. ゾーンのモデル図 17 した構造が発見されたので初めて G. P. ゾーンの存在が直接に立証されたのであるこのように母相の結晶格子上に載った形で回折パターンのストリークと直角方向に異種原子が配列することはストリークの発生因を素直に説明するものでもあるここで我々が提案した G.

はその背後に大量の原子がなくてはならないということから一列に並んだ原子という概念を引き出したのである明るい斑点と暗い斑点が交互に並ぶのであるからこの場合は Mg 原子の列と Si 原子の列が並んでいると仮定しコンピュータシミュレーションを行ったここではその詳細は省くがおおむね予測とシミュレーション結果はよい一致を示した

4 J. JILM 図 K で 60 ks 時効した Al 1.6mass%Mg2Si 合金中に観察された G. P. ゾーンの HRTEM 像 a 単層および b 多層 G. P. ゾーン 17 図 7 単層 G. P. ゾーンのモデル図 17 した構造が発見されたので初めて G. P. ゾーンの存在が直接に立証されたのであるこのように母相の結晶格子上に載った形で回折パターンのストリークと直角方向に異種原子が配列することはストリークの発生因を素直に説明するものでもあるここで我々が提案した G. P. ゾーンは形の上では Al Cu 系と類似しているが内容が異なるわかりやすいように図 7 に示したように原子列一層内に Mg と Si 原子が交互に配列したものであるこの結果は透過電子顕微鏡が薄片試料を透過するという特性を考えた結果であり異種原子 1 個が存在する程度では強烈な回折斑点の明るさを変えることが困難であるすなわち 1 個の斑点が生じるためにはその背後に大量の原子がなくてはならないということから一列に並んだ原子という概念を引き出したのである明るい斑点と暗い斑点が交互に並ぶのであるからこの場合は Mg 原子の列と Si 原子の列が並んでいると仮定しコンピュータシミュレーションを行ったここではその詳細は省くがおおむね予測とシミュレーション結果はよい一致を示した透過電子顕微鏡からこのような構造を決定することにはまださまざまな問題が存在しているしかし世界的に発展してきた高分解能 TEM の実績から解析結果がほぼ間違いないと受け入れられているこの結果の大きな仮定は G. P. ゾーンの組成が Mg1 個に Si1 個が交互に配列することであり G. P. ゾーンが Mg : Si=1 という成分であることである合金の仕込み組成が Mg2Si 組成であることから初期には Si が多く平衡状態に近づくにつれて Mg が増加することになるここまで見てきたように G. P. ゾーンの生成は一列の原子であり図 6 の b に見るとおり G. P. ゾーンの列が増えていることでその体積を増すというわかりやすい結果であったしかし G. P. ゾーンが成長するに従いその部分が領域を広げていき図 8 a に見られるようについには斑点に規則性が見られなくなるという結果に非常に困惑したこのとき前述の大学院生が析出物の厚さ方向を見るという至難の技術に挑戦した図 8 b に見られるように見事な映像を映し出したがその結果の解析も見事であった彼は単に母相と異なる明るさの斑点が非常に入り組んだ形状で長さ方向が一定方向に並んであるだけではなく非常に慎重に観察すれば図 8 c に示したように断面方向と同じように明るい斑点と暗い斑点が交互に並んでおりただその連続性が析出物内部で領域ごとに変わっていると主張したのであるその結果を踏まえ G. P. ゾーンの成長がさまざまな方向を向いたゾーンの合体あるいは凝集過程にあるというモデルが生まれたこのモデルはその後の中間状態の析出物の構造が不安定きわまりなく斑点の周期性として無限に近い数の間隔と角度を持っているという奇妙な事実を説明するものでもあった後期の G. P. ゾーンでは領域ごとに Mg と Si が綺麗に配列しているとはいえマクロ的には Mg と Si が混在している状態であり綺麗な配列に向かおうとしているのが遷移段階であると推察できる内部に周期的配列が認めにくい析出物はやがて周期的配列を持つように変化していくこれが厄介なことに周期性が個々の析出物で変化する一例を図 9 に示すが輝点が明瞭な平行四辺形の周期的配列を示しているしかしこの周期性は一様ではなくその整理が困難である我々は周期性を整理し内角の変化と母相 100 方位とのなす角度の変化でそれを整理した図 10 から明らかなように内角も母相 100 方位とのなす角度もばらばら

軽金属 322 63 2013 9 図 8 423 K で 600 ks 時効した Al 1.

が完全にはできていないこのような奇妙な周期性を持つ析出物を平行四辺形型の析出物と名づけた 19 この析出物の周期性は Mg2Si 濃度が高いかもしくは時効温度が低いと 2 つないし 3 つのピークに集約されていくような傾向があるすなわち母相と溶質原子の拘束が高い場合はある程度の規則性が生まれ拘束が弱くなると規則性が崩れるこの辺りを整理できれば 6000 系合金の G. P.

5 軽金属図 K で 600 ks 時効した Al 1.6mass%Mg2Si 合金中に観察された針状析出物の HRTEM 像 a 長手方向に垂直な断面 17 b 上下方向に長く伸びた針状析出物の HRTEM 像と c その模式図図 9 平行四辺形型の析出物 19 であるが内角が約 80 近辺母相との角度差がほぼ 20 近辺に集積が見られるただしこの関係は時効温度と時間溶質濃度によって異なっており現在のところ系統的整理が完全にはできていないこのような奇妙な周期性を持つ析出物を平行四辺形型の析出物と名づけた 19 この析出物の周期性は Mg2Si 濃度が高いかもしくは時効温度が低いと 2 つないし 3 つのピークに集約されていくような傾向があるすなわち母相と溶質原子の拘束が高い場合はある程度の規則性が生まれ拘束が弱くなると規則性が崩れるこの辺りを整理できれば 6000 系合金の G. P. ゾーンから中間相への相変態過程が明らかになると思われる重要な結果である従来図 10 平行四辺形型の析出部における a 平行四辺形の内角と b 母相 100 方位となす角度関係 26 から報告されている通り最終的な中間相は β 相である輝点は非常にきれいな正六角形を示しており a, b, c 軸も定まっている分析結果では Mg2Si に近い化学組成を取っており疑う余地は少ないしかし結晶構造ではまだ明快な結論を出すに至っていない図 11 は平行四辺形型析出物 β, β, Q 相と Al 母相の結晶格子の関係が類似していることを示した一例である 20 G. P. ゾーンから平行四辺形型の中間析出物に成長した後 Mg と Si が六方晶である β 相へと再配列しながら成長する過程において内角の異なる平行四辺

J. JILM 63 2013 9 323 11 β, β, Q Al 20 65 β 75 ---- 90 β Q Al β Cu Q Al HRTEM G. P. G. P. β β β 7 β Si β β 21 β β 2.

6 J. JILM β, β, Q Al β β Q Al β Cu Q Al HRTEM G. P. G. P. β β β 7 β Si β β 21 β β 2. 3 Mg Mg Mg Si Mg R. Holmestad 23 HRTEM Mg G. P. Mg G. P. Mg G. P. Mg 12 HRTEM Mg Mg Si β Mg Mg Mg 2. 4 Si Si 1 2

7 Mg Mg Mg, Al, Si 6000 Si 6000 Mg nm 4 Mg Si Al nm G. P. Mg β 90% Si Si Mg Si Mg β β 2 7,25 β HRTEM 13 HRTEM a 0.67 nm, b 0.77 nm, c nm 75 Mg Si 26 Si Mg β β Si β 3 Si β Mg 2 Si Mg 2 Si β β Mg 2 Si Al HRTEM 3 15 A Al, Mg Si Al Mg Si : Al : Mg 5 : 4 : 1

J. JILM 63 2013 9 325 図 13 423 K で 600 ks 時効した過剰 Si 型合金に観察された β 相の HRTEM

型析出物の HRTEM 像 29 図 14 過剰 Si 合金における析出物の断面組織 27 図 15 523 K で 60 ks 時効した過剰 Si

方向からの制限視野回折図形が撮影しにくかったため A 型析出物とは異なり地道に母相の方位を傾けながら電子回折図形を次々と撮影していった

いう気の遠くなる作業を繰り返した結晶格子は斜方晶系と推測され 29 その電子回折図形のシミュレーション結果を図 18 に示した化学組成は

データを取得するのは困難を極めたメッシュ上で傾けることはできず大量のパターンを取り共通点を見つけ出して整理するという地道な作業を繰り返した

8 J. JILM 図 K で 600 ks 時効した過剰 Si 型合金に観察された β 相の HRTEM 像 26 図 K で 60 ks 時効した過剰 Si 型合金に観察された A 型析出物の HRTEM 像 28 図 17 B 型析出物の HRTEM 像 29 図 14 過剰 Si 合金における析出物の断面組織 27 図 K で 60 ks 時効した過剰 Si 型合金に観察された A 型析出物の HRTEM 像 28 している 27 図 17 に示した B 型析出物はその断面径が小さいために 3 方向からの制限視野回折図形が撮影しにくかったため A 型析出物とは異なり地道に母相の方位を傾けながら電子回折図形を次々と撮影していった析出物のサイズが小さいため透過電子顕微鏡の傾斜角が限界までくると違う析出物を傾けて共通のパターンを見つけ出しつなぎ合せていくという気の遠くなる作業を繰り返した結晶格子は斜方晶系と推測され 29 その電子回折図形のシミュレーション結果を図 18 に示した化学組成は Si : Al : Mg=5 : 4 : 2 と推測された 27 図 19 に示した C 型析出物は小さい上に存在が稀でありデータを取得するのは困難を極めたメッシュ上で傾けることはできず大量のパターンを取り共通点を見つけ出して整理するという地道な作業を繰り返した組成分析も同様に大量のデータを取って取捨選択するという一見不毛とも思われる努力を積み重ねた過剰 Si 型合金で新たに見出された 3 つの析出物の中でこの析出物のみが Mg/Si 比が 1 に近

326 63 2013 9 AlMgSiCu Q Q Si Si Mg Si 6000 AndersenSiSi 30 G. P. Si 1 G. P. Al G. P. β Al Si Mg Si Al Mg Si β G. P. Mg : Si 1 : 1 Mg 2 Si β Mg Mg A B 1 C Mg : Si 1 : 1 G.

9 AlMgSiCu Q Q Si Si Mg Si 6000 AndersenSiSi 30 G. P. Si 1 G. P. Al G. P. β Al Si Mg Si Al Mg Si β G. P. Mg : Si 1 : 1 Mg 2 Si β Mg Mg A B 1 C Mg : Si 1 : 1 G. P. Mg Si Si C Cu C Cu Q 31 SiC Ag β Ag β Ag B Mg Si G. P. G. P. G. P. Al Mg Si G. P. Mg Si β 19 C HRTEM 27

10 J. JILM Al Mg Si β a 0.77 nm, b 0.67 nm, c nm Si : Al : Mg 6 : 3 : β // 001 m 100 β // 310 m 010 β // 230 m 26 A β A a nm, c 0.67 nm Si : Al : Mg 5 : 4 : A // 001 m 0001 A 100 m 20 27, 28 B β B a 0.69 nm, b 0.79 nm, c nm Si : Al : Mg 5 : 4 : B // 001 m 010 B 010 m 20 27, 28 C β C a 1.04 nm, c nm Si : Mg 1 : C // 001 m C 100 m β a 0.71 nm, c nm Si : Mg 1 : β // 001 m β // 100 m β // 110 m c Al Mg Si β β 2Mg Mg β β 34 Mg 2 Si Mg 3 Si 35 3Si Si G. P. G. P. β β β Si B A C Si B C A Si β Si C Cu G. P. Cu C Cu Cu Mg, Al, Cu Si 4 Q β β Cu Al Mg Si 1

11 G. P. 2 1 S Ikeno Y Yamamoto Y Uetani and S Tada J Jpn Inst Light Met S Ikeno Y Fukumochi Y Uetani and S Tada J Jpn Inst Light Met H Suzuki M Kanno and Y Shiraishi J Jpn Inst Light Met A Lutts Acta Metall I Kovacs J Lendvai and E Nagy Acta Metall T Miyauchi S Fujikawa and K Hirano J Jpn Inst Light Met I Dutta and S M Allen J Mater Sci Lett A H Geisler and J K Hill Acta Cryst A Guinier Acta Cryst D E Pashley J W Rhodes and A Sendrek J Inst Met M H Jacobs Philos Mag G Thomas J Inst Met J P Lynch L M Brown and M H Jacobs Acta Metall C Panseri and T Federigh J Inst Met J M Silcock T J Heal and H K Hardy J Inst Metall H Schmalzried and V Gerold Z Metallkd K Matsuda H Gamada K Fujii Y Uetani T Sato A Kamio and S Ikeno Met Mater Trans 29A T Sato and T Takahashi Trans JIM K Matsuda H Gamada K Fujii T Yoshida T Sato A Kamio and S Ikeno J Jpn Inst Light Met J Nakamura K Matsuda A Furihata T Niwa T Kawabata and S Ikeno J Jpn Inst Light Met K Matsuda S Tada and S Ikeno J Electron Microsc K Matsuda T Yoshida T Wada M Yoshida Y Uetani T Sato A Kamio and S Ikeno J Jpn Inst Met H S Hasting A G Frøseth S J Andersen R Vissers J C Walmsley C D Marioara F Danoix W Lefebvre and R Holmestad J Appl Phys S Ikeno K Matsuda Y Uetani and S Tada J Jpn Inst Light Met K Matsuda S Ikeno H Matsui T Sato K Terayama and Y Uetani Met Mater Trans 36A K Matsuda T Naoi K Fujii Y Uetani T Sato A Kamio and S Ikeno Mater Sci Eng A K Matsuda Y Sakaguchi Y Miyata Y Uetani T Sato A Kamio and S Ikeno J Mater Sci K Matsuda S Tada S Ikeno T Sato and A Kamio Scr Met Mater K Matsuda S Ikeno T Sato and A Kamio Scr Met Mater S J Andersen C D Marioara R Vissers A G Frøseth and H W Zandbergen Mater Sci Eng A A K Matsuda D Teguri T Sato Y Uetani and S Ikeno Mater Trans J Nakamura K Matsuda T Kawabata T Sato Y Yoshida and S Ikeno J Jpn Insts Met C D Marioara J Nakamura K Matsuda S J Andersen R Holmestad T Sato T Kawabata and S Ikeno Philos Mag A H Suzuki M Kanno and Y Shiraishi J Jpn Inst Light Met K Matsuda Y Ishida I Mullerova L Frank and S Ikeno J Mater Sci

Microsoft Word - 第7回講義資料 .docx

Microsoft Word - 第7回講義資料 .docx 7. 展伸用アルミニウム合金 - 多元系合金 - 今回の講義では, 展伸用アルミニウム合金である Al-Mg 合金 (5000 系 ),Al-Mg-Si 合金 (6000 系 ) 及び Al-Mg-Zn(-Cu) 合金 (7000 系 ) について学習する ( 表 6.1).4000 系に属する Al-Si 合金は主に鋳造用として用いられるため, 鋳造アルミニウム合金の回に詳細を説明する. 7.1