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Fe および Co の Cu 母 相 への 固 溶 量 の 外 部 磁 場 印 加 による 変 化Effects of magnetic field on solid solubility of Fe and Co in a Cu matrix東 京 工 業 大 学 大 学 院 総 合 理 工 学 研 究 科 菅 野 千 晴 、 藤 居 俊 之 、 尾 中 晋 、 加 藤 雅 治Chiharu Kanno, Toshiyuki Fujii, Susumu Onaka and Masaharu KatoInterdisciplinary Graduate School of Science and Engineering,Tokyo Institute of Technology物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 大 塚 秀 幸Hideyuki OhtsukaNational Institute for Materials ScienceAbstract:The effects of applied magnetic field on solid solubility of Fe and Co in a Cu matrix have been investigated. Cu-0.76 at%Fe-1.34 at% Co polycrystalline specimens were solution treated at 1323K for 2h, quenched into cold water and subsequently aged at973K for 4h with a magnetic field of 7.96MAm -1 (10T). Magnetic field-free aging was also conducted separately. The ferromagneticfcc Fe-Co particles with an average radius of 13nm were formed by these aging. The solid solubility of Fe and Co was estimated bymeasuring the saturation magnetization of the aged specimens using a vibrating-sample magnetometer. The values of total solubilityof Fe and Co in the aged specimens with and without applied magnetic field were found to be 0.35 at% and 0.45 at%, respectively.The decrease in solid solubility during the magnetic aging can be explained by the magnetic field-induced absorption of Fe and Coatoms into the Fe-Co particles.Keywords: Aging; Precipitation; Solid solubility; Cu-Fe-Co alloy; Magnetic fieldE-mail: kanno.c.aa@m.titech.ac.jp (C. Kanno)1. はじめにCu に Fe と Co を 数 % 含 む Cu-Fe-Co 合 金 を 時 効 すると、Cu 母 相 中 に fcc Fe-Co 粒 子 が 析 出 する。fcc Fe-Co 粒 子 の 磁気 的 性 質 および 相 安 定 性 は、 粒 子 内 の Fe/Co 比 に 強 く 依 存することが 知 られている[1]。Shiga らは、 平 均 粒 子 直 径30nm の Fe-Co 粒 子 を 含 む 種 々の 組 成 の Cu-Fe-Co 合 金 を 用いて、Fe-Co 粒 子 の fcc→bcc マルテンサイト 変 態 の 変 態 開始 温 度 とキュリー 温 度 を 調 べ、Fig.1 に 示 す 結 果 を 得 ている。一 方 、 強 磁 性 体 の 相 安 定 性 に 対 する 外 部 磁 場 効 果 に 関 しても 研 究 が 行 われてきた[2-6]。また、Watanabe らは、bcc Fe粒 子 および fcc Fe 粒 子 を 含 む Cu-Fe 合 金 を 用 いて 磁 化 測 定により Fe の Cu 母 相 への 固 溶 量 を 測 定 しており、Fe 粒 子の 結 晶 構 造 の 違 いにより 固 溶 量 が 異 なることを 報 告 している[7]。 以 上 のことから、 時 効 中 の 外 部 磁 場 印 加 によっても fcc Fe-Co 粒 子 と Cu 母 相 の 相 平 衡 に 変 化 が 生 じ、 固 溶 量に 変 化 が 生 じる 可 能 性 がある。そこで 本 研 究 では、Cu-Fe-Co 合 金 を 用 いて 外 部 磁 場 印 加 が Cu 母 相 への Fe とCo の 固 溶 量 に 及 ぼす 影 響 を 調 べた。試 材 として 用 いた。 試 料 を 1323K、2h で 溶 体 化 処 理 を 施 した 後 、7.96MAm -1 (10T)の 強 磁 場 中 において 973K で 4h の 磁場 中 時 効 を 行 った。また、これとは 別 に 無 磁 場 でも 973Kで 4h の 時 効 を 行 い、Cu 母 相 中 に fcc Fe-Co 粒 子 を 析 出 させた。Watanabe らは、Fe-Co 粒 子 内 の Fe/Co 比 は Cu-Fe-Co合 金 内 の Fe/Co 比 と 等 しくなると 報 告 している[8]。したがって、Cu-0.76 at% Fe-1.34 at% Co 合 金 を 時 効 して 得 られるFe-Co 粒 子 内 の Co 濃 度 は、64 at%と 予 想 される。 振 動 試料 型 磁 力 計 を 用 いて 時 効 後 の 各 試 料 の 室 温 における 飽 和磁 化 を 測 定 した。 得 られた 飽 和 磁 化 の 値 から 973K における Cu 母 相 中 の Fe と Co の 全 固 溶 量 を 算 出 した。また、 時効 後 の Cu-Fe-Co 合 金 内 の 組 織 を 透 過 型 電 子 顕 微 鏡 (TEM)を 用 いて 観 察 した。3. 実 験 結 果 と 考 察Cu-0.76 at% Fe-1.34 at% Co 合 金 に 関 して、 磁 場 を 印 加 せずに 973K で 4h 時 効 した 組 織 を Fig.2 に 示 す[9]。すべてのFe-Co 粒 子 は、コーヒー 豆 状 のコントラストを 示 していることから、 粒 子 はすべて 母 相 と 整 合 な fcc 構 造 を 有 することがわかる。このことは、Fig.1 より fcc Fe-64 at% Fe 粒 子は 時 効 後 の 単 純 冷 却 では、マルテンサイト 変 態 しないということと 矛 盾 しない。 本 時 効 条 件 での 平 均 粒 子 半 径 は13nm と 測 定 された。Kanno らは fcc Fe-62 at% Fe 粒 子 を 含Figure 1. The composition dependence of the fcc-to-bccmartensitic transformation-starting temperature of the fccCo-Fe particles with diameter d = 30 nm [1].2. 実 験 方 法本 研 究 では、Cu-0.76 at% Fe-1.34 at% Co 合 金 多 結 晶 を 供Figure 2 Co-Fe particles in specimen aged at 973K for4h without magnetic field. Foil normal is close to the[011] direction of the Cu matrix [9].- 77 -