Photon Factory Activity Report 2014 #32(2015) BBL-6A,BL-15A1/2013G576

MgZnY 合金の１４H 構造形成過程
Structure change of 14H LPSO in Mg97Y2Zn1 cast alloys
奥田浩司 1,*, 田中浩登 1,、堀内俊希 1,、山崎倫昭 2 河村能人 21京大工, 〒606-8501 京都市左京区吉田本町
2
熊本大 MRC, 〒860-8555 熊本市黒髪1,*
Hiroshi Okuda , Hiroto Tanaka1, Toshiki Horiuchi1 Michiaki Yamasaki2 and Yoshihito Kawamura2
1
Dept. of Mater.Sci.Eng. Kyoto Univ. Sakyo-ku Kyoto 606-8501 Japan.
2Magnesium Research Center, Kurokami,860-8555, Kumamoto, Japan

3 結果および考察
図 1 は Mg97Y2Zn1 組成の試料を４００℃および５００℃で熱処理した場合の小角回折信号の変化を示している。これまでの MgYZn 合金の 14H 構造に関する報告では 18R とは積層周期が異なるだけで面内の構造などについては同じであるという考え方がとられていたが、偏析層内でのクラスター間距離の変化が明確に温度によって異なる［3］。 すなわち、高温ではクラスター間距離が明らかに遠い位置で停留し始めていることがわかる。クラスター間の距離については１８R や１０H の電子顕微鏡観察などで提案されている２√３構造とは明らかに異なっており、かつ温度依存性もあることから、クラスター面

2.5400℃_半値幅
500℃_半値幅
400℃_ピーク位置
500℃_ピーク位置

6.1
625.9
1.55.815.75.60.55.55.4

00.01

1100time(hour)

クラスターの面内配列ピークの熱処理時間変化面内配列のピーク位置

2 実験
実験は BL6A の小角散乱装置を用いておこなった。
PF の小角散乱測定では Pilatus１M を使えるという点が本実験では非常に重要なポイントとなった。測定は Ex-situ では試料が厚さ数十μｍ、長さ数百μｍの多結晶鋳造材であり、その中で特に面内のクラスターからの回折については単結晶的なパターンの取得が必要であったため、面内(χ)方向 360 度、θ方向±60 度程度の回転ステージを真空槽中に設置し、得られた回折パターンの対称性を確認しながら測定をおこなった。本申請提案時に考えていた、粗結晶を 作 成 し て 切 り 出 し 、 単 結 晶 解 析 か ら SAXS とDAFS をおこなうという計画は、見かけ上の単結晶領域が内部に小傾角粒界などを多数含むものしか得られていないことが判明、対象を多結晶解析に絞り、分光については XAFS のみに限定した解析を進めている。

半値幅(nm-1)

1 はじめにMg-Y-Zn3 元合金の Mg リッチ側では長周期積層秩序構造（Long Period Stacking Ordered Structure,LPSO構造）が形成されることが知られている。われわれはこの長周期の複雑な構造の形成過程と安定性を調べるため、小角領域での回折プロファイルを検討した。Mg 合金の LPSO 構造は十分な熱処理後の電子顕微鏡などによる評価により、例えば１８R では
Mg のｃ面 6 層ごとに積層欠陥が入り、その上下４原子層の面内に Y と Zn が L12 構造をもつクラスターの 2 次元配列を形成していることが示されている。
この結果だけをみると LPSO は結晶学的に定まった原子位置をもつ規則相であり、その形成過程は秩序無秩序、あるいは核生成―成長型のキネティクスによって上記の構造が完成へと近づく過程であると予想される。ところが、構造が詳細に調べられている
１８R 構造について Mg85Y9Zn6 組成を利用してLPSO 構造の熱処理による変化を測定したところ、時間の経過とともに１８R 単相の組織に変化してゆくこと、１８R の組成変調周期＝積層欠陥周期は一定であるものの、面内のクラスター間距離が連続的に大きく変化することが明らかとなった[1][2]。これはひとつの規則相が形成されていく過程としてはかなり異例な変化である。
そこでこのような特徴が積層周期によらず LPSO構造に共通の特性であるか、などの詳細を検討する
ため、より薄い組成の合金を用いて１４H 構造が安定となると報告されている組成および温度領域でのLPSO の構造の特徴と構造変化を調べた。

Photon Factory Activity Report 2014 #32 (2015) B

図１：Mg97Y2Zn1 試料の熱処理に伴う構造変化。
内配置自体が２次元系としての規則構造の安定性として議論される対象であることを示唆している。
これまでの１４H および１８R の時間変化の検討か
ら、LPSO の構造形成の基本単位は L12 クラスターの運動として捕らえてモデル化することが妥当であると考えている。この観点から、現在アモルファス合金の加熱過程を In-situ で追うことにより、その構造形成過程をクラスタの動的な構造形成過程という視点での検証を進めているところである[4] 。
4 まとめ
ＬＰＳＯ構造を形成するＭｇＹＺｎ3 元合金について、報告例のある２４Ｒ，１８Ｒ，１４Ｈ，１０Ｈのうち、平衡相として取り扱いうる中で最も定組成である１４Ｈ構造がαＭｇと共存する条件での１４Ｈ構造の時間変化を調べ、高温と低温で面内構造について安定なクラスター位置が異なっている可能性を示唆する結果を得た。本結果はＬＰＳＯの形成過程や構造の安定性に関してクラスターを単位とするキネティクスを示唆するものであり、今後この観点からのＬＰＳＯ形成ごく初期についての In-situ 実験を進めて行く計画である。
謝辞
本研究は科研費新学術領域「LPSO の材料科学 」
課題番号 23109005 の助成をうけた。
参考文献[1] H.Okuda et al., ' Evolution of Long Period Stacking
Ordered Structures on annealing As-Cast Mg85Y9Zn6
Alloy Ingot Observed by Synchrotron Radiation
Small-Angle Scattering' Scripta Materialia
68（2013）575[2] H.Okuda et al., ' In-situ measurements on stability oflong-period stacking ordered structures in Mg85Y9Zn6
alloys during heating examined by multicolor
synchrotron radiationsmall-angle scattering. Scripta
Materialia, 75(2014)66[3] H.Okuda et al., ‘Microstructural evolution of longperiod stacking ordered structures in Mg97Y2Zn1
alloys examined by In-situ small-angle X-ray
scattering’ Metall. Mater. Trans. A Accepted(2014)..
[4] H.Okuda et al.submitted:.Apr 2015.
* okuda.hiroshi.5a@kyoto-u.ac.jp

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