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[NRIMNews1996-10.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/63624cec-42b7-4036-888c-afed5dfb5bed/download)

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武藤 英一

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[金材技研ニュース 1996 No.10](https://mdr.nims.go.jp/datasets/657b2d70-73cd-4137-9c26-263261324f89)

## Fulltext

金属技研ニュース　1996　No.10七〇一．＝ピEoo一一〇⊂ωE0－oo］一〇〇〇一〇〇＝あoωoo一］o－Eo一垣oo］一〇〇一0E0f000ωo〇一一〇〇一〇一ω○蜆蜆Eo．ゼ≧里三…ω…Z－ooω］0f←EPMA画像による精密組織解析■Al－Si鋳造合金の冷間加工性改善／熱プラズマ温度計測相図を応用したE　PMA画像データの解析一多元系酸化物超伝導材料の高精度分析法を開発一　合金や酸化物など多くの材料の組織状態は，いわゆる相図（平衡状態図）で表わせることが知られている。その際，成分元素が3種類以下であれば，2元ないし3元相図として表示され，多数の合金系についてこのような成分元素濃度と相の関係を示すデータが蓄積されている。そこで，EPMA（電子線微小領域解析法）では，得られた成分元素の濃度データを直接，相図上にプロットし，比較することで存在する相の種類を容易に同定することが出来る。一方，4種類以上の成分元素を含む場合には，このような単純な比較法は行えない。4元素以上の多成分系では，3元素を1組としてそれぞれ3元相図を用いて成分元素の濃度比と相の関係を回帰解析する方法が用いられる。当研究所では，複雑な組織を持つ多成分試料の高精度かつ迅速な解析法の開発を目的に，EPMA分析で得られるX線画像データを用いる解析方法を研究してきた。今回，酸素濃度に依存して微妙に変化する系として知られるYBCO超伝導酸化物について行った組織分析例を紹介する。　YBCO超伝導酸化物，YBa，Cu，O、．、，は酸素濃度によって超伝導状態に遷移する温度（臨界温度）が変化して，90Kで超伝導になるのはYBaCu　Oの化学式で表わされる　　　　　　　　　　　　　2　　　ヨ　　7図1　銀マトリックス中に析出したYBC0超伝導酸化物の組　　　織　銀結晶の粒界に沿って，超伝導相（赤色）が分布　　　する。酸化物である。ところで，EPMAでは，通常，酸素の精密分析が困難であるために，金属元素のY，Ba，Cuを分析して酸素と金属元素の原子価数が釣り合うように酸素を付加する手法で酸化物の酸素濃度を決めている。従って，例えば，酸化物の測定された原子比がYBa　Cuであれ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　　　ヨば従来手法によるとその化学組成はYBaCuoとなる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　　　ヨ　　店．ヨこのように，YBCo超伝導酸化物については，金属元素のみの定量分析では不十分なことは明らかで，より厳密な材料組織の評価には酸素の定量分析が不可欠である。今回得られた分析結果の例を図1に示す。試料は当研究所で開発したAgにY，Ba，Cuを直接分散させ，YBCO超伝導酸化物を合成する一種の内部酸化法で作製したものである。紫色の領域は銀結晶，その結晶粒界に沿って分布する赤色の細長い領域が高臨界温度相のYBa，CuヨO、，その周囲の緑色部分が金属元素についてはYBaCuであるが　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，　　ヨ酸素濃度が7から外れた相を示している。この分析結果は，次の手順で得られる。始めに画像データを図2のY－Cu－Ba系3元相図上にプロットし，YBaCuの組成域を　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　　　ヨ抽出する。次に抽出された領域について酸素を含む3元相図，例えば図2のO－Cu－Ba系（Y－Cu－Ba系と酸素との相図）上にデータをプロットすることで酸素濃度の異なるYBa，Cuヨ相の分布が求められる。ここで，酸素データは従来よりも約2桁高感度の測定条件で得られたものである。このように，金属組成をしぼり込み酸素の分析感度を高める新しい分析方法を用いることで，材料組織を精密に評価出来るようになった。　　　、、ぐ砧・ll．∵　　　V日a・Cu1伽」、㌻∵」ポV禅C・　　　　　V邸u3V2髄C・05　　　　V的C・ヨO1l・5図2　Y－Cu－Ba系（左図）と0－Cu－Ba系（右図）とを組み合　　　わせて，超伝導相を同定する。冷間塑性加工性に優れた高Si含有A1－Si二元系合金の開発一初品Siの微細化・球状化処理で可能に一　Al－si合金は鋳造性に優れ，今日，鋳造あるいは熱間加工で製造された各種アルミニウム合金が種々の部材として用いられている。一般に，シルミン合金（共晶組成近傍のAl－Si系合金）や過共晶A1－Si合金は，製造過程で凝固する際，初晶Siが共存する共晶組織を呈し，初晶Siは6角板状のかなり粗大な結晶となり機械的特性を阻害している。そこで，P，Sr等の添加による改良処理，ダイキャストやスプレーデポジッション法等を用いた急冷凝固による組織微細化，半溶融凝固を用いた初晶Si結晶の微細化・球状化が図られている。即ち，初晶Alデンドライトの生成あるいは初晶Siの微細化によりSi結晶の割れを抑制し，機械的特性の向上を図っている。しかしながら，鋳造材においては，初晶Siの割れそのものは避けられず，冷間強加工材の製造は困難である。主要合金元素としてSiを含有する成形用合金である4000系合金では，熱間鋳造材，熱間押出し材，鋳造材およびブレージングシートのろう材（クラッド材の皮材）としての使用が主である。　当研究所では，このような状況を踏まえ，特に冷問塑性加工性に優れた高強度・高延性Al－Si合金の開発を進めている。今回，変形しにくい初晶Si晶が冷間加工によって，破砕・分断され，その後の熱処理によってクラックの消滅とSi晶が球状化する現象を見い出し，この初期処埋によってA1－si鋳造材の冷間塑性加工性の飛躍的な改善に成功したので紹介する。試験材料としては，A1－12．6重量％Si二元系鋳造合金を用いた。本合金は大きさ約50μm径のファセット形状の初晶Siが共存するほぼ共晶組織で，共晶Siの大きさは約5×50〃mである。引張強度は約125MPa，伸びは4％以上である。この試料を，冷聞加工（溝ロール，平圧延，スエージングのいずれでも可）を段階的に行い，回復熱処理を加える工程をユサイクルとして，数サイクル繰り返した。全断面減少率を75％以上にすると，初晶Siおよび共晶Siは破砕・分断され，組織が微細になるとともにSi晶の球状化が明瞭であった。これらの試料は，その後，冷問スエージングまたは冷間圧延による99％を越える強加工が可能になった。図（a〕に加工度96％のシート材の断面SEM（走査型電子顕微鏡）観察組織を示すが，球状化したSi晶が微細に，圧延方向に配向して分散する様子が認められる。アルミ母相中にはボイドの形成も見られるが，Si晶の割れは生じていない。図（b〕には，加工度99％のシート材の圧延面のTEM（透過型電子顕微鏡）観察組織を示す。アルミ母相中には約200nm径のサブグレインが形成されており，動的回復組織を示’している。冷間加工度が約50％以上の試料の機械的特性は，強度が約250～300MPa，仲びが約3～1O％である。応力一ひずみ曲線は明瞭な加工硬化過程を有し，延性，特に」様伸びの増大が顕著である。　Al－si合金は鋳造性，耐摩耗性，陽極酸化被膜特性に優れ，また，熱膨張係数が小さい特長があり，鋳物及びダイカストのgg％以上を占めているが，現在，鋳物材から展伸材への素材製造法の転換が進められつつある。本研究は，高強度・高延性A1－Si合金展伸材開発へ道を開くものである。ワイヤーや箔の他，将来，自動車・機械部品製造分野での利用が期待される。a Si．A1－12．6重量％Si冷間加工合金シート材の組、織（a）TD断面2次電子像（A1母相中のSi晶（灰色楕円状部分）），（b）A1母相のTEM明視野像と電気線［旦1折像（A＝制限視野絞り径約200nm）混合ガスアークプラズマ温度計測法の開発一2線強度相関法による温度解析一　最商温度が約ユ万度から数万度のプラズマ（熱プラズマ）は，大電流アーク放電により比較的簡単に形成することができ，溶接，プラズマ溶射，あるいはダイヤモンド合成の熱源等に利用されている。このような熱加工あるいは材料合成においては，プラズマの安定性が極めて重饗であるが，そのためには，プラズマを構成する原子やイオン，電子の瀞度分布およびその変動の精密な監視と制御が不可欠である。一般に，熱プラズマ中においては原子，イオン，電子の温度はほぼ同じ，即ち，局所熱平衡の状態にあると考えられている。ところが，現実には，多くの研究者による発光分光分析を用いたアーク放電熱プラズマ温度の計測緕果を整理すると，その測定結染には大きな隔たりがあり，大きな閥題となっている。その原1丞1は，発光分光分析を用いる分光データの未整備とプラズマ内の不均質性にあると考えられる。　当研究所では，これらの間題点の解明を進め，今1亘1，混含ガスプラズマに対して高精度の温度分布を与える混痩解析法を開発した。図1は，アルゴンアーク熱プラズマ侃度の計測締果を示す。皿ヒ部電極下1mm（Z二1mm）のプラズマ中心点から測った水平方向の距離に対する漱度分布を示している。発光分光分析は原理的には，プラズマ構成粒子から発する電磁波（スペクトル）の強度を計測して淑度解析するもので，解析法の違いにより3種類の方法が知られている・励起原子からの複数個のスペクトル線を用いるボルツマンプロット法は，原理的には高精度の分析値が期待されるにも拘わらず実験値のバラッキが大きい。一方，原子またはイオンからの単…一発光スペクトルを用いるoff一刮xis法と，原子およびイオンから発光する2つのスペクトル線の強度比から温度を求める2線強度比法は，比較的バラッキが小さいほぼ同じ実験値をホし，アルゴンアーク熱プラズマ温度の測定法として前者より適した方法であると考えられる。ところが，これに微鐙の水素やヘリウムガスを混合すると，図2に示すように，閥者の計測値には明瞭な差が現れる。これは，その後の研究締果によると，混合ガスプラズマの組成が燭所的に異なることに起1丞1することが明かになった。そこで，新たに局所的ガス組成変化を考慮したスペクトル強度比較法（2線強度相関法）を開発した。原子状態のアルゴン，水素からのスペクトル線を月司いたこの手法により解析したプラズマ全体域の温度分布を図3に示す。この手法は，また，混合ガスプラズマ中のガス組成の汕j定にも利用することが出来る。現在，この新解析法を，多成分混含プラズマのモニタリング技術に発展させるために研究を進めている。　22000　　　耳、x　　亙ポルツマン、㎜ド、　。∵一硲・㎜’竃汰…400012000loo0Hn　　　　。。　　　　匁プ・一グ旺流＝lOOA　　ooo　■　　　　　　　。。／■lOO％Ar　　　　　　　　　　ooo陰極O．5　　　　　　　盲　　　　　　…、5プラズマ巾心からの舳1（m剛　　　　　　陽極図1　アルゴンプラズマの濫度分布2000018000と　16000麺襲Qレ×14000心ト　12000図2一〇〇〇〇　　　　　o　ofl’バi昔法ooo　oo　　　・二隷強度比松　。。　　。。　・oo　o　　　　㌔oo　　　　oooo　　　　　　・　oo　　　　　　。。・。　　　　　　　　㌔。アーク舳川OA　㌔。。　　　　　　　　　　　O・0　909らAr一コ09らH2　　　　　　　　　　　　　　　o．らプラス’マ　O　　　　　　　O．5　　　　　　　ヨ　　　　　　　1．5　　　　　　　2　　　プラズマIl1心からの獅離，5一い11≡］い分析乎法によって異って評伽された瀞度分布15，OOOKドアーク1置流：lOOAgO％Ar－lO％H2＼》oo○讐　寧Ψダ　　　　　　0　　　　　　　　　　　　　4　　　　　　プラズマ11・I心からの胆1螂1，r（1111〕図3　新解析法による水素混含アークプラズマの温度分布一3一11月の研究発表（国内分）学　・協会名 開催期間 発　　　表　　　題　　　冒 発表者（所属）1ヨ本生物物理学会　第34 1至．7～亘1．9 1．材料一細胞間のせん断接着力測定 山本　玲子　他回牟会 （生体材料研究チーム）（茨破：工業技術院筑波研一．究センター）第32圓X線分析討論会 至1．豆1～三1．12 ！．斜入射配置における散漫散乱X線プロフ 桜井　健次（東京：明言台大学） アイノレの測定 （精密励起場ステーション）2．ラボラトリXAF　S機器開発 桜井　健次一小型超強力X線源を中心に一 （精密励起場ステーション）6th1rltemational　Sympo一 1至．19～豆1．21 ！。Exami昼ation　and　AppIication　of　the　Laser 孝寸松　由樹　イ也sium　on　the　Role　of Sp㏄k1e　Stra1n　Measure服e耐i荘We1ding （組織制御研究部）We1ding　Science　and下echn◎Iogy　in　t11e21st 2．Formation　ofStab玉y　Induced　Laser　Plasma 塚本　　進　イ也C⑧ntury and玉まs　Characteristics （組織制御研究都）（愛知：名古屋国際会議場）lntemationa1Symposil」m 1至．25～旦1．27 1．Interfere羽ce　caused　by　one－dime邊sio羽 藤田　大介　他on　Su所ace　Nano－Corltro1 一1ike　wave　propag銚ion　on　a竈Au（1u） （極高真空場ステーション）of1三nvironmenね1 23×月・eco・st・ucteds．rfaceCatalysis　and　Re1atedPhe110mena 2．Co柵bined　Liqし1三d　Metal　Ion　Source　and 内オ喬　　隆　イ也（東京：早稲田プ（学） Scanning　Tu薄ne－i訂g　MicrOscOpe　fOl． （極高真空場ステーシヨン）Fabricating　a　Na菖o－Sca正e　S胸cture　with脳ectrical　Leads3．TransfemfNanome倣Size　Auαusters　on Q．1）．Ji・・g他Si（1至1）7×7Su㎡ace　from　a　Pure　Au－丁玉P　in （極高真空場ステーション）Sca竈ning　Tun鵬1ing　Microscope4．Low　Te㎜perature　STM　Studies　of　in　G王owth Z－C．Do・g他on　Si（1H）2X1：Direct　Evidence　for　the （極高莫空場ステーション）Pa澗uel　AD－Dimer　Mode亘5．Obsewat三〇n　of　Octadecanethio1Molecu1es H．Y．Sh・・g他Adsorbed　on　Graph｛te　and　XPS　Analysis　of （極高真空場ステーション）Molecu1ar　Termi羽al　Group発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　〒305茨城県つくば市千現1－2－1　　　　　　　TEL（0298）53一至045（企砥室直通），　　　　　　　FAX（0298）53－1005通巻第填55号編集兼発行人閥　合せ先印　　刷　　所　　　　平成8隼10月発行　　　　武　藤　英　一　　　　　企画室普及係前　［日　印　刷　株式会社茨城県つくば市東新井王4－5