鋳物でつながるネットワーク、日本鋳造工学会関東支部

アルミニウム合金の時効熱処理と析出硬化（第7回）

2 アルミニウム合金の時効熱処理の基礎

（ⅲ）析出相変態

 (b)スピノーダル分解
　 核生成による析出に対して，これとは異なる析出の方式としてスピノーダル分解がある．スピノーダル分解では濃度の揺らぎが急速に発達して相分解が進行する．スピノーダル分解では核生成と異なり，障壁エネルギーは存在せず，原子の拡散により濃度ゆらぎが連続的に発達し，相分解析出がおこる．このような濃度ゆらぎは濃度波として振幅が増大する．このときの拡散は核生成-成長の場合とは異なり，濃度の低い領域から高い領域に拡散がおこる．これは逆拡散と呼ばれる．また，濃度波はある特定の波長で振幅の成長速度が最大となるため，微細な変調構造組織が形成されることが多い．

(c)不連続析出
　連続析出は結晶粒内に均一または不均一に析出がおこり，粒内において成長する場合であり，母相濃度は連続的に減少する．これに対して，不連続析出では結晶粒界上や近傍で析出が優先的におこり，次第に粒内に向かって成長がおこるものであり，析出の前後で母相濃度は不連続に減少する．不連続析出ではパーライト状のノジュールが形成される特徴があり，ノジュラー析出あるいはセル状析出とも呼ばれ，また，粒界移動を伴うため，粒界反応型析出とも呼ばれる．不連続析出の発達過程を図21に模式的に示す．図21(a)は過飽和固溶体であり，（Ⅰ）では不連続析出のみが進展する場合，（Ⅱ）では不連続析出と連続析出が同時におこる場合を示している．実際には，不連続析出がある程度進行した後に連続析出がおこる場合が多い．ノジュールは粒界の片側にのみ形成して成長する場合と，粒界の両側に形成して粒内に成長する場合とがある．ノジュールは母相と析出相で構成され，通常，析出相は安定相で，母相濃度も平衡状態まで低下しているが，析出相が準安定相であったり，母相濃度が平衡濃度より高い場合もある．ノジュールの成長は粒界拡散と粒界の易動度に律速されている．ノジュールの層間隔は合金組成や時効温度などに依存して変化する．

（ⅳ）析出反応速度
　析出の反応率（析出量の割合）の時間依存性は一般にJohnason-Mehl-Avramiの式によって記述される場合が多い．すなわち，析出の反応率をf （），時間をtとすると，

(22)

で与えられる．nは時間指数で，1～4程度の範囲で変化する．また，以下に示すようにKは反応速度定数で温度に依存する．これらのnおよびKより析出機構や析出の活性化エネルギー（障壁エネルギー）が評価できる．式（22）より，

(23)

と変形し，とｔを両対数プロットすると直線が得られ，直線の勾配および切片からnとKが求められる．図22に反応率の時間依存性ならびに直線プロットを示す．Kの温度依存性は

(24)

の関係で表わされる．従って，種々の温度についてKを求め，アレニウムプロットすると析出反応の活性化エネルギー Qp を評価することができる．

図21　不連続析出の発達過程

図22　核生成-成長における(a)反応率（析出量）の時間依存性 および(b)ln{1/(1-f)}-tプロットで得られる直線関係