長崎大学工学部研究報告 第13巻、第20号．昭和58年1月 59
Fe−Al合金における磁界中の相分離過程の電子顕微鏡観察
羽坂 雅之＊・吉村 邦明＊
古賀 秀人＊
The Electron Microscopic Observation of Phase Separation process in a Magnetic Field in the Fe−Al Alloy．
by
Masayuki HASAKA， Kuniaki YOSHIMURA and Hideto KOGA
（Department of Materials Scierlce and Engineering）
The process of the B2→α十B2 phase separation during cooling and annealing‡he Fe−AI alloy with 23．3 at％Al in a magnetic field of 800 kA／rn was stlldied by transmission electron microscopy． The B2 phase within the antiphase domains separates into a mixture of theαand B2 phases which are both elongated and aligned by the application of a magnetic field． No ユayers of 仁he B2 phase along antiphase boundaries tend to apPear due to a magnetic fjeld． These effects of a magnetic field on the 血icrostructura1』
changes during phase separation appear markedly with cooling slowly and annealing the alloy below a certain temperature in a magnetic field
1．緒 言
約24at％Al付近の組成をもつFe−A1合金にお いてはFig．1の状態図に示す三角形の領域内で，
規則度の変化と成分濃度の変化とが相関し合いながら，
強磁性のα相と弱磁性のB2相への二相分離が起こ り，その過程が複雑であるために「Double Curie Point現象」で代表されるような磁気的性質の複雑な 変化が起こる1）一47）。したがって，この相旧離過程の 際に外部より磁界が作用すると相分離過程が複雑に変 化することも予想されるので，磁界が及ぼす相分離過 程への影響は，この合金の磁気的性質や機械的性質へ の影響とからんで興味深い48）。
本論文では透過型電子顕微鏡観察によって，233at
％A1のFe−A1合金に磁界中で種々の冷却と焼鈍
を施した場合，B2→α＋B2の相分離過程が受ける磁 界の影響を調べた結果を報告する。
皿．実験方法
99．95％の電解鉄と99．99％の高純度アルミニウムを 24．Oat％A1の組成に秤量し高周波炉で真空溶解し
た後，φ30mm×100mmの金型に鋳込みFe−Ai合 金のインゴットを作製した。つぎに，このインゴ〜ト を真空中l173Kで86．4ks均質化焼鈍した後，0．O17 K／sの速度で室温まで徐冷した。ここで，作製した インプットの磁気変態温度を測定すると878Kであっ たので，磁気変態温度がB2→α＋B2の相分離温度と 等しいと考え，Figl 1の状態図よりその組成を23．3 at％AIであると定めた。この組成は秤量組成より
昭和57年10月i5日受理
＊材料工学科
60 Fe−A1合金における磁界中の相分離過程の電子顕微鏡観察
923
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A・
B・
一Phose tr◎nsition temperqture
一一一
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◎（◎B2
B2 Order
◎（◆DO3 DO3
22 24 26 Concentrαtion qt O／oAl Fig l The iron−rich portion of the Fe−Al equilibrium phase diagram．●The ordering temperatures and the miscibility gap were obtained by Swann et a123），and the Curie tern−
peratllre was obtained by K6ster et a144）一47）． Points A and B indicate temperatures of heat−treat−
ments in the present work．
もA1含有量が0．7at％小さくなっているが，溶解の 際にアルミニウムが飛散することを考慮すると適当で ある。そこで本合金の組成を23・3a七％A1として以下 の実験結果を解釈することとした。このようにして準 備したインゴットをマイクロカッターを用いて0・5 mm厚さの薄板に切り出し，約1300Kで0．3mmの 厚さに熱間圧延し，これを0．1mm以下の厚さまで研 磨紙で薄くした後，プレスで打ち抜きφ3mmの円板
を得た。
円板の熱処理は磁界を円板表面に平行に作用させる ために外径3mmの2本の石英管ではさみ，これを内 径3．5mm，外径4．5mmの石英管中に真空封入後 に行った。円板の熱処理方法を困，＠に示す。
｝1073K：で1．8ks焼鈍後0．O17K／sの速度で 871K，すなわちFig．1におけるA点あるい は841K，すなわちFig．1におけるB点ま で徐冷した後直ちに氷水中に急冷，およびそれ ぞれの温度で18ks焼鈍して氷水中に急冷。
＠ 1073Kで1．8ks焼鈍後0．gK／sの速度で841 K，すなわちFig．1におけるB点まで十三 し，841Kで0．3ksおよび6．2ks焼鈍後氷水 中に急冷。
これら熱処理はB2→α＋B2の相分離過程が磁界によ
り受ける影響を確認するために，800kA／rnの磁界中 および無磁界中で行った。磁界は日本高密研究所製 HKIOO型電磁石を用いて，1073Kから冷却開始直後
より氷水中への急冷直前まで作用させた。
円板の熱処理後，双面ジェット研磨法により過塩素 酸と酢酸を1：3容量に混合した電解液を用い，浴槽 273K，直流25〜30 V， O．13〜0．15mAの条件で電 解研磨を行った。この電解研磨した円板を試料として 九州大学超高圧電子顕微鏡室のJEM−200Bを用い 加速電圧を200kVと定め， Fe−A1合金のB2型規 則格子反射線による像である200暗視野像および比較 の意味で明視図像を観察した。
皿．実験結果と検討
Photo．1（α）および（う）は800 kA／mの磁界中 において0．O17K／sの速度で1073Kから871K，す なわちFig．1におけるA点まで徐冷後この温度で 18ks焼鈍した後氷水中に急冷した試料の200暗視野 像と明視野像を示す。写真（α）において，200暗視 野像はB2型規則格子反射線により形成されるので，
黒く見える領域はα相に対応し，白く見える領域は B2相に対応する。写真（のにおいては明視野像で あるので写真（α）とは逆に，黒く見える領域はB2 相に対応し白く見える領域はα相に対応する。写真
（α）において小さな凹凸を有する長く黒い帯，写真
（∂）においては長く白い帯は相分離前に存在したB 2相中のa／4＜lll＞型逆位相境界にα相が析出する ことによって生じる。ドメイン内ではα相とB2相の コントラストが逆位相境界から離れるにつれて不明瞭 となるので，B2型規則度が逆位相境界から離れるに つれて低くなることがわかる。また，ドメイン内のα 相は全体的に細かく等方的に生成することより，この 温度では18ksという長い時間磁界中で焼鈍しても相 分離過程が磁界による大きな影響を受けず異方性が生
じないと言える。
Photo．2（α）および（6）はそれぞれ800kA／m の磁界中および無磁界中において0．017K／sの速度で 1073Kから841 K（Fig．エにおけるB点）まで徐冷後 氷水中に急冷した際の200暗視野像を示す。写真（α）
に示すように磁界中で徐冷した場合には逆位相境界に
析出したα相はドメイン内のα相と所々で結合し，ド
メイン内のα相は一定方向の成長が抑制されてやや棒
状に形成する。Photo．1により得られた結果と比較
して，30K低温であるこの温度まで徐冷すると徐冷中
の1．8ksという短かい時間でも相分離過程が磁界に
jlos !trt?fliz' ･ E9NIBUI o dieslll57Ky 61
Photo . 1 2oo dark‑field micrograph (a) and bright‑field micrograph (b) of the Fe‑23.3 at%Al atloy annealed at 8n K, point A in Fjg. 1, for 18 ks after cooling from lo73 K to 871 K at the rate of o.O17 K/s in a magnetic field of 8oo kA/m.
The long layers of the a phase on antiphase boundaries and the mottled structure within antiphase domains are visible. The degree of long range order changes with the distance from antiphase boundaries. The a and B2 phases are neither elongated nor aligned
Photo . 2 200 dark‑field micrographs of the Fe‑23 3 at% Al alloy cooled from 1073 K to 841K, point B in Fjg. 1 in a magnetic field of EoO kA/m (a) and without the appli‑
cation of a magnetic field (b) showing the microstrctural changes during
the B2.a+B2 phase separation. The microstructure in (a) is weekiy
influenced by the application of a magnetic field. In (a) , that is, the a and
B2 phases are slightly elongated and aligned, while a well defined layer of
the B2 phase along antiphase boundaries disappears.
62 Fe‑A1 AS)i eC JIs U 6 tw?g 4i CD *Ub>wtvaEe (2) rs IFeea}ktweng
Photo .3 The anisotropic structure of the a and B2 phases in the Fe‑23.3 at%Al altoy annealed at 841 K, point B in Fig. 1, for 18 ks after cooling from 1073 Kina magnetic field of 800 kA/m Dark‑field micrograph using the 2eO reflection.
The image of the B2 phase is diffuse, because the degree of long range order in the B2 phase is smalt due to directional order.
P. hoto .4 The Fe‑23.3 at%Al alloy anneaied at 841 K, point B in Fig. 1, for O.3 ks
after furnace‑cooling from 1073 K at the rate of O.9 K/s in a magnetjc fjeld
of 800kA/m (a) and without the applicatjon of a magnetic field (b) . 200
dark‑field micrographs revealing the initial stage of the B2.a+B2 phase
separation within many antiphase domains. The contrast between the a and
B2 phases is not remarkable, suggesting that the disordering of the B2 phase
occurs. The sjze of the a phase in (a) becomes smaller than in (b) by the
influence of a magnetic field though the elongation and alignment of the a
and B2 phases are not recognized.
羽坂雅之・吉村邦明・古賀秀人 63
よる著しい影響を受け異方性が生ずることがわかる。
一方，写真（6）より明らかなように無磁界中で徐冷 した場合α相はB2相中のなめらかに曲がった逆位相 境界に沿って析出するとともに，B2相のスピノダル 的分解によってドメイン内にも等方的に形成する。ま た，逆位相境界に沿って析出したα相の周辺にはB2 相の帯が見られ，このB2相のコントラストが強いこ とよりB2相の規則度がかなり高いと考えられる等，
磁界中と無磁界中の相分離過程はかなり異なり，相分 離過程に及ぼす磁界の影響が841K付近の温度で大
きいことが確認される。
Photo．3はPhoto．2と同様に800kA／mの磁界 中でlo73Kから841K（Fig．1．におけるB点）まで徐 冷し，この温度で18ks焼鈍した後氷水中に急冷した 際の200暗視野像を示す。Photo．2（α）より得られ た結果と比較して焼鈍時問が長いため磁界の影響が著
しく強く現われ，逆位相境界に析出したα相はドメイ ン内へと枝状に伸び，ドメイン内のα相は水平に長く 伸びる。ここで，α相が1申びる方向は結晶学的異方性
とは無関係に磁界方向と一致すると思われる。また，
ドメイン内のB2相とα相との問のコントラストが弱 くなっており，B2相の規則度が磁界により低くなる
ことが推定される。このようにB2相の規則度が低く 49）50） なることは磁界によって原子の方向性規則配列 が生じることによると解釈される。すなわち，無磁界 中のB2相においては第1隣接間に異種原子を配置し 規則化の傾向が強いのに対して，磁界中のB2相にお いては第1隣接間に同種原子を配置して不規則化の傾 向が出現すると考えられる。
Photo．4（α）および（ろ）は800kA／mの磁界中，
および無磁界中において1073Kより0，9K／sの速度 で841K（Fig 1におけるB点）まで徐冷し，841Kで 0．3ks焼鈍後氷水中へ急冷した際の200暗視野像を 示す。両方の写真よりわかるように冷却速度が大きい ために，B2相とα相のコントラストが弱く，逆位相 境界が多い。このことより，B2相が十分には規則化
していないことがうかがえる。α相はこの逆位相境界 に沿って析出するとともに，ドメイン内にも等方的に 生成する。photo，4（のと（のとを比較すると，磁 界によりドメイン内のα相の大きさがやや小さくなる 傾向が認められる。
Photo．5（α）および（∂）は800 kA／mの磁界 中および無磁界中において，Photo．4の場合と同 様に0．9K／sの速度で841 K（Fig．1におけるB
（の （∂）
Photo．5 The Fe−23．3at％Al alloy annealed at 841 K， point B in Fig．1， for 6。2ks after furnace−cooling from lO73 K at the rate of O．g K／s in a magnetic field of 800 kA／m（α）and without the apPlication of a magnetic field（6）． 200 dark−
field micrographs revealing the latter stage of the B2→α十B2 phase separation． The complicated structure consists of theαphase on many antiphase boundaries and theαand B2 phases within antiphase domains．
Both the elongation and the alignment of theαand B2 phases are vlsible in
（α）．
64 Fe−A！合金における磁界中の相分離過程の電子顕微鏡観察
点）まで冷却後，841Kに6．2ks焼鈍した後氷水中 へ急冷した際の200暗視野像を示す。両方の写真にお いて冷却速度がPhoto．4の場合と同じように大きい ためにB2相が十分に規則化しておらず逆位相境界が 非常に多く見られる。しかしながら，この場合は焼鈍 時間が長いために相分離過程に及ぼす磁界の影響がは っきりと現われている。ドメイン内に生成したα相は 磁界中で焼鈍した場合磁界の影響を受けて写真（α）
に見られるように細長く伸びて方向がそろっている。
無磁界中で焼鈍した場合写真（のに見られるように ドメイン内に生成したα相の方向はそろっておらず，
磁界の影響が大きいことが確認される。
以上，本研究においてB2→α＋B2の相分離過程 に及ぼす磁界の影響が冷却速度，焼鈍温度によって変 化することを明らかにした。今後，相分離過程に及ぼ す磁界の影響を詳細に研究するとともに，相分離過程
にDO3相が関与する場合についても検討する予定で ある。また，成分濃度の局所的変化速度δC／∂tと規 則度の局所的変化速度∂S／δtの関係式を導き，相分 離過程に及ぼす磁界の影響について理論的考察を試み る予定である。本研究と平行して，磁気的性質や機械 的性質に及ぼす磁界の影響についての研究も望まれ
る。
IV．結 言
透過型電子顕微鏡観察により23．3at％A1のFe−
Al合金においてB2→α＋B2の相分離過程に及ぼ す磁界の影響を調べ，つぎの結果を得た。
（a）a／4＜111＞型逆位相ドメイン内のB2相 は磁界のために不規則化するとともに，一方向に伸び たα相とB2相に分離する。
（b）a／4〈111＞型逆位相境界に沿ったB2相 の層は磁界のために形成しにくい。
（c）相分離過程に及ぼす磁界の影響は，冷却速度 が小さい場合，および，ある一定の温度以下で焼鈍し た場合に顕著である。
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