九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
Au-Cu基合金の時効硬化挙動に影響する因子
大内田, 理一
九州大学歯学研究科歯学臨床系専攻
https://doi.org/10.11501/3122967
出版情報:Kyushu University, 1996, 博士(歯学), 課程博士 バージョン:
第5章規則化硬化の速度を支配する因子
一原子の拡散速度-
5-1.目的
この章では、 Au-Cu基合金の時効硬化挙動に影響する因子とし て、 原子の拡散 速度に着目し、 時効硬化速度と比較した。
合金内での原子の拡散速度は、 拡散のための活性化エネルギー臼の値によって左 右される。
D=恥exp(- Ec,/ kT)
D:拡散係数 恥:頻度因子
Ec,:拡散のための活性化エネルギー k:ボルツマン定数
T:絶対温度
おは原子空孔の形成エネルギーEfと移動エネルギーEmの和によって表される。
Ect=Et十Em
溶体化処理を施した試料については十分な濃度の過剰原子空孔が導入されているの で、 低温(370C)における成分原子の拡散のための活性化エネルギー白は、 近似的に Em�こ等しいと考えられる。
Ec,'. Emより
D . .
[bexp(-乙11/kT)また、 一般に日と合金の液相点 TL(絶対温度)との問には、
日/TL与const.
の経験員Ijが存在する(-1 3)。 すなわち、 拡散のための活性化エネルギーと液相点と は一次の比例関係にあることがわかる。 このことから、 一定温度においては、 合金 の液相点が低いほど合金内の拡散は活発に起こり、 規則化も容易に進行することに
なる。 このことはZ.Ma出1kovicとv.Simic (44)の実験結果からも示唆される。 彼 らは、 Auと他の金属、 Au-Xの薄膜を用いて室温における化合物形成の反応速度を X線回折法により調べた結果、 室温における反応は原子の拡散速度に左右されるこ と、 拡散係数と金属の融点の聞には次のような関係が あることを明らかにした。
D
=3.66 x 10-11exp(- 0.015T)
一一①
D:拡散係数ア:Xの融点(絶対温度) この式より、 二元系金合金は融点が低いほど拡散速度が大きいことになる。 そこ で太田ら(1 3)は、 低温における規則化速度が原子の拡散速度に支 配されるのな ら、 二元系金合金に第3元素を添加した場合、 合金の融点が 低下すれば規則化速度 は大きくなると考え、 AuCu合金に第3元素Xを添加したAuCu-X合金の 融点と時 効硬化速度を調べた。 その結果、 合金の融点と時効硬化速度の聞に次のような関係 を見いだした。
.6H/Ho
=3.76X 106exp(- 0.014T) ②
.6H/Ho:時効硬化速度 T:融点(絶対温度) 以上①②の経験式の類似性より、 原子の拡散の容易さ�ii\uCu-X合金の低温時効 硬化速度を 支配する因子であるこ とが示された。 そこで、 本研究では、 種々の
Au/Cu比(0.667"-'1.50)をもっAu-Cu系二元合金および、Au-Cu-Ga系三元合金に
ついて、 その融点を調べ、 時効硬化挙動と比較した。
5-2.実験方法 融点(液相点)測定
試料合金から 2X2 X2mm3の試験片を切り出して示差熱分析(DTA)用試料とし た。 この試料を、 アルゴン雰囲気中において室温から 50C/minで、連続的に加熱お よ
び冷却し、 熱容量の変化から合金の液相点(TL )を測定した3
5-3.結果と考察
5-3-1.Au-Cu系二元合金
Fig.5-1にAu-Cu系二元合金の液相点温度7しを示す。 Au/Cu比が0.667---1.50の
範囲では、 組成の違いによる液相点の変化は約1 20Cと小さかった。 この傾向はAu
Cu二元系平衡状態図[Fig.2-1]ともよく一致した。 さらにFig.5-1には370C100日時 効後の硬化率の変化を併せて示している。 TLと硬化率を比較したところ、 TLは組
成によって大きな 差違 を示していないにも関わらず 、 時効硬化率はAu/Cu比が Au-rich倶IJもしくはCu-rich倶IJに大きくずれると著しく低下している。
これらのことより、 Au-Cu 系二元合金では、 合金組成による時効硬化速度の違 いに対して、 組成の相違による原子の拡散速度の相違の寄与はほとんどないと考え てよい。
5-3-2.Au-Cu-Ga系三元合金
Fig.5-2に各Au-Cu-Ga系三元合金について、j夜相点温度TLとGa添加量の関係を 示す。 調べた合金ほぼ全てにおい て、 Ga添加量とともにTしが低下した。 また、 そ の効果はCu-rich側より Au-rich倶IJにおいて大きかった。 Fig.5-3にAu/Cu比に対
950
(υ。)」ト
ハUハUnヨ
ムHV/HV。
850 100
60 80 70
(ま)。>工\刀OOF>工匂90
50
1.6 800 1.4
1.2 ratlo
Au/Cu
0.8 40
0.6
Au-Cu系二元合金の37tlOO日時効後の硬化率および 融点(TL)に対するAu/Cu比の影響
Fig.5-1
一-0-
40AC-Ga ーベ>--- 45AC-Ga 50AC-Ga 一寸ケ- 55AC-Ga ---SJ- 60AC-Ga 920
900
880
860
840
(υ。)」ト4 6 2
820 0
Ga (at.%)
Au-Cu-Ga系三元合金の融点(TL)に対するGa添加の影響
Fig.5-2
940
920
900
880
860
840
(υ。)」ト
AC-6Ga 820
1.6 1.4
1 .2
ratlo Au/Cu
0.8 800
0.6
Ä_u-Cu-Ga系三元合金の融点(TL)に対するl\u/Cu比の影響
Fig.5-3
するTLの変化を示す。 さらにFig.5-4には等原子上しえuCu合金にGaを添加した場合 (50AC -Ga)のGa添加量とTLおよび370Cl日時効後の硬化率の変化を示す。 Ga添加 量が増加するとともにTLは低下し、 硬化率は大きくなっていることがわかる。 この 結果から、 等原子比AuCu合金にGaを添加した場合、 添加量の増加と ともにTLは
低下し、 原子の拡散速度は増大して、 時効硬化速度は大きくなったと考えられる。
そこでAu-Cu-Ga系三元 合金について、 種々のi\U/CU比を持つ母合金 系 でTLと1 日時効後の硬化率の関係を示したものがFi g.5-5である。 どの合金 系においてもTL
が低いほど、 硬化率が大きくなっており、 先に述べた拡散速度の増大 が原因と考え られる。 しかし、 Au/Cu比がlより大きく離れた40AC-Ga系 、 6 0AC-Ga系で、は同 じ温度のTLにおける硬化率は相対的に明らかに低くなっており、 Ga添加による時 効硬化性の向上はGa添加による TLの低下 、 すなわち拡散係数の増大による ための
みとは考えられない。
Fig.5-6にGa添加合金のAu/Cu比と硬化率および、TLの関係を示す。
硬 化率は 等 原子比AuCu合金のCuをGaで置換した 合金の位置でピークを持ち、 そ こから Au/Cu 比が大 きくまた は小さくな るに連れ て 低 下して いるのに 対し、 TLは Au-rich倶IJ程低下している。以上のことより、 i\U-CU系二元合金に対するGaの添加は、 合金の液相点TLを低 下させ、 原子の拡散速度を増大させて時効硬化速度を大きくするが、 その添加の効 果は液相点、を低下させることのみではないと考えられる3
(υ。)」ト
920 910 900 890 880 870 860
850 6 150
50
... 0
� 100
>
o工...
てコ
>
工
<l
Tし
4 2
。
。
Ga (at.%)
50i\.C-Ga合金の370Cl日時効後の硬化率および、融点(TL)に 対するGa添加の影響
Fig.5-4
140
一〈ト-40AC-Ga
-ーコ-
45AC-Ga
一-.-
50CA-RepGa
ーやー-
50AC-Ga
• 50AC-RepGa
ーも一一
55AC-Ga
ーベト-
60AC-Ga 120
� 100 0、
〉
。
工'-...てコ
〉 工〈コ
80 60 40 20
900 920 8 80
T L (OC)
860 840
0 820
l\u-Cu-Ga系三元合金の37'Cl日時効後の硬化率と融点(TL)の関係
Fig.5-5
a
a‘ J・4
nu nu nu
vvv u什け門UH ////// vvv lnl門川門
ムムムnd nd nd
pUPUPU
2 4
6 140
(υ。)」ト
840
860
8 80
900
ゾ
一-一一."""
0
・ ・ O '
少 r
' ・ ・ ・ ・ 0 ・ ・ ・ 2Ga.TL
・ ・ ・ 0 ・ ・ ・ 4Ga.TL
...合・・・6Ga.TL 120
100 80 60 40
(ま)。>工\刀←〉工匂1.6 1.4
1.2 ratlo Au/Cu
0.8 20
0.6
Au-Cu-Ga系三元合金の370Cl日時効後の硬化率および、融点(TL)に 対する.L\u/Cu比の影郷
Fig.5-6
5-4.結言
Au-Cu系二元合金、 Au -Cu-Ga系三元合金の規則 化硬化の硬 化速度を支 配する 因子として、 原子の拡散速度について検討した結果、 以下の ことが明かとなった0
.
Au-Cu系二元合金Au-Cu系二元合金では、 組成の違いによる原子 の拡散速度の違いは大きいとは いえず、 時効硬化速度を支配する因子としては、 ほとんど影響を与え ていないこと が明かとなった。
. Au-Cu-Ga系三元合金について
Au-Cu-Ga系三元合金では、 Ga添加とともにTLが低下することから、 Ga量によ るTLの低下の程度、 すなわち原子の拡散速度の増加の程度が時効硬化速度の増大に 影響していると結論した。
A..u-Cu-Ga系では時効硬化速度を支配する因子として、 規則化の駆動力に加 え、
原子の拡散速度も影響していることが明かとなった。
第6章
会公'I�己、括
本研究は歯科用Au-Cu基合金の時効硬化挙動に影響す る因子を明らかにするこ とを目的とした。
種々のAu/Cu比を持つAu-Cu系二元合金と A u-Cu-Ga系三元合金について低温 (370C)時効 における硬化挙動を調べた結果 、 規則化の駆動力の大きさと 低温におけ る原子の拡散の容易さが重要な因子にあげられたa そこで 、 まず等原子比Au Cu合
金の構造を、 実験的に求めたX線回折パターンのリートベルト解析より確認した。
さらにA u-Cu系二元合金に第3元素を添加した場合、 その元素が規則格子中のど の格子点を占有するかを同様に解析を行い 、 Au-C u-Ga三元系規則格子中で、Ga原 子の占有位置を決定した。 続いて、 Au- Cu二元 系において、 規則 化の駆動力の指 標となる、 規則j化に伴う内部エネルギー変化をBragg-Willi釘ns近似によるモデルに
より 計算し、 DSC測定に より得られた規則一不規則変態に伴う 吸熱量と比較した。
この計算の妥当性から、 さらにAu-Cu-Ga三元系においても内部エネルギー変化を 計算し、 時効硬化速度と比較した。 また、 原子の拡散の容易さの目安となる各合金 の融点を測定し、 時効硬化挙動に影響する因子を検討したJ
得られた主な結果を要約すると 、 以下の通りである 。
1.
.A.u-Cu系二元合金では、 低温における 時効硬 化速度は等原子比において最大 となり、 Au-richも しくはCu -rich側へ大きく組成がずれると著しく小さくなった。 また、 規則化に伴う内部エネルギー変化 および不規則化に伴う吸熱量の組成依 存性はいずれも硬化速度のそれと良い一致を示した。 一方、 本系合金では組成によ る液相点の違いは小さく、 融点の違いによる拡散速度が時効硬化速度を支配してい るとは考えにくい 。
以上の結果か ら、.�u-Cu系二元合金の時効硬化速度に対しては、 規則化の駆動 力が支配的因子であると結論した。
2. Au-Cu系にGa を添加したAu-Cu-Ga系三元合金では、 すべての合金において Gaの添 加は時効 硬化速度を大きくした。 また、 規則化 に伴う内部エネルギ一変化 の計算値は、 Gaが規則化に際しCu-siteを占有するとした場合に相対的に最小とな り、 規則 化の駆動力 が最大となることを示した。 さらに、 等原子比AuCu 合金の
Cuの一部をGaで置換した場合[Au/(Cu+Ga) = 1J、 時効硬化速度は最大となった ことから、 Ga原子は規則化に際しCu-siteを占有し、 その場合 には規則化の駆動力 を大きくすることが結論された。 一方、 本系合 金の融点 はGa添加量とともに大き く低下することから 、 Ga添加による融点の 低下が拡散速度を増大させ、 時効 硬化 速度を大きくする効果ももたらしている。
以上の結果から、 Au-Cu-Ga系三元合金の時効硬化挙動に対しては、 規則化の駆 動力および原子の拡散速度の双方が支配因子であると結論したa
3. .t\u-Cu二元系およびAu-Cu-Ga系三元合金のX線回折パターンを用い、 リート
ベルト法による解析を行った。 その結果、 Au-Cu -Ga系三元合金では規則化に際
し、 Ga原子はCu-siteを占有しやすいことが明かとなった。
謝 辞
本研究を遂行するにあたり、 始終懇切な御指導と御校閲を賜りました九州大学歯 学部歯科理工学講座 太田道雄教授に心より感謝の意を表します。 また、 適切なご 助言を頂いた九州大学歯学部歯科理工学講座 松家茂樹助教授、 白石孝信講師、 中 川雅晴博士に深く感謝いたします。 また、 本研究を遂行するにあたり、 多大な御協 力を頂いた九州大学歯学部歯科理工学講座の関係各位に深く感謝いたします。
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APPENDIX
リートベルト解析による原子の占有位置の決定手法
本研究では、 リートベルト解析プログラムRlETAl"Jを用いて、.-\uCu 1型規則構 造を持つ等原子比AuCu合金 および.AuCu-Ga、 Au-Cu-Pd系三元合金のX線回折 プロファイルを解析し、 各元素の各siteにおける席占有率を求めた。
解析の概要および手順は
Rigaku CN9259 B501
RlNT 2000シリーズ
対話式入力 RlETA'\J使用手引き書 MJ10138A01
に記載されており、 これに沿って解析を行った。 ここではAu CuI型規則格子中で どの原子がと、のsiteを占有するかに着目して解析を行う場合の要点のみを記す。
。
リートベルト解析データ処理の流れ 1. ファイル選択1. ファイル選択
G
2. ピーク位置計算
G
3.
回折プロファイル計算G
4. リートベルト解析計算
試料のX線回折測定終了後、 メインメニューから[解析処理]を選択し、 ついで
リートベルト解析フログラムRIETANを立ちあげる。ファイル選択画面が表示され たら目的の試料の粉末回折パターンの生データを選択する。
2. ピーク位置計算
生データが表示されたら[対話処理]のメニ ューからまず[ピーク位置計算]を起動 し、 測定プロファイルのピーク位置のみにより空間群と格子定数を決定する。本研 究では空間群は123番(FCT)を選択 、 格子定数はWPPF法により求めた値を後の解 析に利用した。
処理結果はメニューパーの[表示]でみることができる。
3.
回折プロファイルの計算次に[対話処理]のメニューから[回折プロファイルの計算]を選択する。[回折プロ ファイルの計算]を行うのは、 このパラメータを用いてリートベルト解析計算を行 うためで、 この計算で測定フロファイルにより近づけないとリートベルト解析で発
散する場合がある。
シミュレーション画面からLl.→L4.[基本データ]を開き、 各項目を入力する。
L7.[純粋な化学種の名前]を開き、 試料の構成元素名を選択する。
L10.[相の数]を開き、本自の数を選択する。本研究ではAuCuI型単相に着目してい るため、 相の数はlである。
L20.[各相共通パラメータ]を入力する。
L11.[各相に関する情報]を入力する。
AuCuI型規則格子はFCTな ので空間群の番号は123である。
次で[非対称単位中の原子]を開く。 ここでは、 後にl元素につき3種類の席入力
が必 要になること より、 各元素3つずつ[原子名]を確保する。 例え比企u、 Cu2種 類の元素で あれば[原子名6Jま で、 Au、 Cu、 Ga3種類の元素で、あれば[原子名9Jま で使用する。
各相依存パラメータを入力する。
格子定数a,b,cに関しては、 本研究ではWPPF法を用いて求めた値を入力した。
非対称中の原子に対して固有なパラメータを入力する。
本研究ではAuCu 1型 単 相を取り扱っているので、 第1相において Au 、 Cu 、 および GaまたはPd各元素について3種類の席を用意するa これはAuCu 1型規則
格子(FC T)に おける2つのsiteを入力する際、 非対称な位置に着目し、 片方のsite を(0.5, 0, 0.5)とすると、 もう片方のsiteは (0, 0, 0)および(0.5, 0.5, 0)と表さ れるため であ る。 これらの site のうち、 片方をi\u -site、 残りをCu -si te とし て、 用いた試料合金の組成において 最も規則化したと考えられる場合の席占有率 を入力する。 等原子上lA.uCu合金のAuCu 1型規則相の例を次頁にあげる。
各相の依存パラメータ(#24---34)
ヘルフ
L20.パラメータ(#24---34)
各相依存パラメータ 第
l
本目 非対称単位中の原子No. 1原子名 A..U ラベル名 AU1
因子パラメータ パラメータの値A(I)
ヰ24 席占有率
g 1.000000
�25 部分座標 X
O.sooooo
ま26 部分座標
y 0.000000
写27 部分座標 Z
0.500000
4砂
=28
等方性熱振動パラメータB 0.000100
。 ヰ29 異方性熱振動パラメータ
ß 11 0.000000
*30 異方性熱振動パラメータ
ß 22 0.000000
各相の依存パラメータ(#24---34)
ヘルフ L20.パラメータ(ヰ24---34)
各相依存パラメータ 第
l
本目 非対称単位中の原子NO.2 原子名 AU ラベル名J\U2
因子パラメータ パラメータの値A(I)
;t24
席占有率g 0.000000
土25 部分座標 X
0.000000
�26
部分座標y 0.000000
�27 部分座標 Z
0.000000
•
二28 等方性熱振動パラメータB 0.000100
く〉 学29 異方性熱振動パラメータß 11 0.000000
ヰ30 異方性熱振動パラメータß 22 0.000000
各本自の依存パラメータ(
1+
24 '"'-' 34)ヘルフ L20.パラメータ(#24'"'-'34)
各相依存パラメータ 第 本目 非対称単位中の原子NO.3
原子名 AlJ ラベル名 i\U3
因子パラメータ パラメータの値A.(I)
#24
席占有率g 0.000000
#25
部分座標 X0.500000
#26
部分座標y 0.500000
::+27
部分座標 Z0.000000
• �28 等方性熱振動パラメータ B 0.000100
。
ヰ29 異方性熱振動パラメータß 11 0.000000
#30 異方性熱振動パラメータ ß 22 0.000000
各相の依存パラメータ(#24'"'-' 34)
ヘルフ
L20.パラメータ(主24'"'-'34)
各相依存パラメータ
第 本目 非対称単位中の原子NO.4原子名
CU
ラベル名CU 1
因子パラメータ パラメータの値A(I)
#24
席占有率g 0.000000
#25
部分座標 X0.500000
�26
部分座標y 0.000000
�27
部分座標 Z0.500000
•
ヰ28 等方性熱振動パラメータB 0.000100
。 ヰ29 異方性熱振動パラメータ ß 11 0.000000
�30
異方性熱振動パラメータß 22 0.000000
各相の依存パラメータ(#24�34)
ヘルプ L20.パラメータ(fi:24�34)
各相依存パラメータ 第
l
相 非対称単位中の原子NO. 5 原子名CU
ラベル名 Cじ2因子パラメータ パラメータの値A(I)
ヰ24 席占有率
g 1.000000
�2õ 部分座標 X
0.000000
#26 部分座標
y 0.000000
ヰ27 部分座標 Z
0.000000
4砂 ;;28 等方性熱振動パラメータB 0.000100
く> ;;:29 異方性熱振動パラメータ
ß 11 0.000000
;;30 異方性熱振動パラメータ
ß 22 0.000000
各相の依存パラメータ(#24�34)
ヘルフ
L20.パラメータ(==24�34)
各相依存パラメータ 第
l
本目 非対称単位中の原子NO. 6 原子名CU
ラベル名CU3
因子パラメータ パラメータの値A(I)
ご24 席占有率
g 1.000000
ヰ25 部分座標 X
O.õOOOOO
ヰ26 部分座標
y 0.500000
:;::27 部分座標 Z
0.000000
•
キ28 等方性熱振動パラメータB 0.000100
。
=29 異方性熱振動パラメータß 11 0.000000
�30 異方性熱振動パラメータ
ß 22
0.000000等方性熱振動パラメータは1
X 10-4、異方性熱振動パラメータはOとする。
28範囲の設定を行う。
28の最小および最大値を入力する。 本研究では測定範囲すべて(20�100deg) で計 算を行った。
プロファイル関数の定数を入力する。
以上入力後、[回折プロファイルの計算]を実行し、 測定プロファイルに近づけてお く。
4.
リートベルト解析計算この計算では、[回折プロファイルの計算]により決定した各パラメータを、最小 二乗法により測定プロファイルとブイツティングを行い、より精密化するものであ る。
[対話処理]のメニューから[リートベルト解析]を選択する。[基本データ]を入力 し、[純粋な化学種]、[相の数]などの対話式パラメータ入力の各項目を確認する白
解析計算の 実行に際しては、 まず共通パラメータ(零点シフトお よびバックグラ ウンドパラメータbO�b5)を精密化する(これら以外の数値パラメータは固定してお く)。 次に精密化して得られたこれらの数値パラメ ータを固定し、 各相に関する情 報、各相依存パラメータ(尺度因子~日(G)/日(L))を精密化 する。 以上の計算を数回 繰り返し実行し、 解析処理データのRF値、
RI値が1 0以下の最も小さな値
で安定する数値パラメータを求める。
続いて各相の依存パラメータ(# 24�34)に着目する。 ここでは各元素の各site に おける席占有率を精密化する。 以下に二元合金および三元合金の具体的な入力方法 を示す。
( i
) 等原子比AuCu合金の場合、 AuCu I型規則格子の2つのsiteのうち、 片方のsiteのA.uの席占有率について[精密化]を選択し、 残りのsiteのAu、 および、両siteの Cuの席占有率を[拘束]とする。 これら[拘束]を選択された席占有率は、 Auの精密化 する片方のsit eの席占有率の値によって各々決まるもので、 適当な線形等式制約条 件を入力しておく。 例を次頁に示す。
各相の依存パラメータ(#24�34)
ヘルフ L20.パラメータ(#24�34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第l相 非対称単位中の原子l番目 原子名AU ラベル名 AU1 共通ID固定
l
共通パラメータ(ヰ24---27)|パラメータの値A(I) I最小二乗法計算時の取り扱いID(I)
#24席占有率
g i 1.000000
精密化#25部分座標 X
0.500000
固定#261部分座標 0.000000
固定#27部分座標 Z
0.500000
固定各相の依存パラメータ(#24�34)
ヘルプ L20.パラメータ(:t;24�34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第l相 非対称単位中の原子2番目 原子名AU ラベル名 AU2 共通ID固定
|
共通パラメータ(;;24---2 7) パラメータの値A(I)最小二乗法計算時の取り扱いID(I)存24席占有率
g 0.000000
拘束#25,部分座標
X0.000000
固定�26部分座標
y 0.000000
固定#27部分座標 Z
0.000000
固定各相の依存パラメータ(#24�34)
ヘルフ
L20.パラメータ(存24�34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第l相 非対称単位中の原子3番目 原子名AU ラベル名 AU3 共通ID固定
i
共通パラメータ(ヰ24---27) パラメータの値A(I),最小二乗法計算時の取り扱いID(I)
�24席占有率
g 0.000000
' 拘束#25,部分座標
X0.500000
, 固定#26'部分座標 Y/ 0.500000
固定1#271部分座標
Z0.000000
固定各相の依存パラメータ(#24'"'-' 34)
ヘルフ L20.パラメータ(#24'"'-' 34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第l相 非対称単位中の原子4番目
原子名CU ラベル名
CU1 共通ID固定
共通パラメータ(ヰ2-1 ----27)
|パラメータの値A(I) I
最小二乗法計算時の取り扱いID(I)�24席占有率
g 0.000000
拘束+t25部分座標 X
0.500000 固定
1#26部分座標
y 0.000000 固定
士27部分座標 Z
0.500000 固定
各相の依存パラメータ(�24'"'-'34)
ヘルプ
L20.パラメータ(言24'"'-' 34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第1相
非対称単位中の原子5番目
原子名CU ラベル名 CU2 共通ID固定
l
共通パラメータ(ヰ24----27) パラメータの値以I)最小二乗法計算時の取り扱いID(I)存24席占有率
g 1.000000
拘束 ヰ25部分座標 X0.000000 固定
:tt26部分座標
y 0.000000 固定
=27部分座標 Z
0.000000 固定
各本自の依存パラメータ(#24'"'-' 34)
ヘルフ L20.パラメータ(芋24'"'-' 34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第1相 非対称単位中の原子6番目 原子名CU ラベル名
CU3 共通ID固定
共通パラメータ(ヰ2-1----27) パラメータの値A(I)
I
最小二乗法計算時の取り扱いID(I):;:t:24席占有率
g 1.000000
拘束�25部分座標 X
0.500000 固定
l
t26問標y 0.500000 固定
言27部分座標 Z
0.000000 固定
線形等式制約条件の例
A(AU2,G) = 1 - A(AU1,G) ; A(AU3,G) = A(AU2,G) ; A(CU1,G) = 1 - A(AUl,G) ; A(CU2,G) = 1 - A(CUl,G) ; A(CU3,G) = A(CU2,G) ;
上式において、 A(AUl,G)のA( )は数値パラメータを示し、 AU1 はラベル名、 G は席占有率を示す。 つまりA(AUl, G)はAuの(0.5, 0, 0.5)における席占有率のパ
ラメータ の値を示す。 同様にA(A U2,G)はAuの(0, 0, 0)における席占有率のパラ
メータの値を、 i\(AU3,G)は}\uの(0.5, 0.5, 0)における席占有率 のパラメータの
値を示す。 A(CU1,G)、 A(CU2,G)、 i\(CU3,G)についても同様にCuの席占有率の パラメータの値を示す。
A(AU2,G) = 1 - A(AU1,G) ;について
A(AUl,G)は精密化するパラメータを表すもので、 他のパラメータはこの パラメー
タを用いて表し、 拘束条件式とする。 等原子比AuCu合金の場合、 Auは5 0at%なの でAuCuI型規則格子の2つのsiteの席占有率の 合計はlである。
A(AU3,G) = A(t\U2,G) ;について
A(AU2,G)とA(AU3,G)は規則格子の同じsiteを表 すものなので、 席占有率も等し
。 、、4 1v
A(CU1,G) = 1 - �t\(AU1,G) ;について
同じsiteにおける、.t\uの席占有率と Cuの席占有率の合計はlである。
A(CU2,G)
=1 - A(CUl,G) ; A(CU3,G)
=A(CU2,G) ;について これらはAuの場合と同様である。
以上のような線形等式制約条件を用いて解析計算の実行した。
結果をP125 r解析処理結果.例1Jに示す。
(ii)
Au-Cu二元合金に第3元素(Ga、 Pd)を添加した三元合金については、 三元素のう ち一元素の原子の席占有率を固定し、 残 りの元素の原子の席占有率を精密化する という手法の解析を、 二種類の元素について行い、 両者の傾向の一致を確認し、 第 3 元素(GaもしくはP d)の占有しやすいs iteが_t\u-siteであるかまたはCu-siteであ るかを決定した。 まず最少量元素であるGa(またはPd)を片方のsiteにすべて存在 するとして 固定し 、 残りのA.uおよびCu両元素についてGa(またはPd)と同Gsite を、 どちらの 原子がどれだけ占 有しているかを精密化する。 この際、 Au-Cu二元 合金と同様に、 片方のsiteのAuの席占有率について[精密化Jを選択し、 残りのsite のAu、 および、両siteのCuの席占有率を[拘束]とする。 これら[拘束]を選択された席 占有率は、 Auの精密化する片方のsiteの席占有率の値、 および、Ga(またはP d)の固 定された両siteの席占有率の値によって各々決まるもので、 適当な線形等式制約条 件を入力しておく。 また、 計算の実行に際しては、 Ga(またはPd)の占有siteを考慮 して、 Auの精密 化するsi te の席占有率が、 Auの他sit eのそれと大小関係が明かな 初期値から実行する。 というのはこの計算 は、 入力初期値を利用して精密化を行う ため、 全く逆の大小関係の初期値から計算を行った 場合、 フロファイルをフイツ
ティングさせるために、 少量元素のネガティブな席占有率を補って、 AuやCuの席 占有率に負の値をとる。 これは明らかに誤りであるために、 計算実行に際してはあ らかじめ大小関係が明確な初期値から精密化を 行う。 次に、 l\uもしくはC uのう ち、 少ない方の元素片方について各siteの席占有率を固定し、 残りの元素および第 3元素(GaもしくはPd)について同様に精密化を行い、 占有s iteの傾向を解析した。
等原子比AuCu合金のi\uをPdで、3at%置換した合金(50Ci\-Rep3Pd)についてAuの siteを固定した場合の入力例を次頁に示す。
各相の依存パラメータ(#24"-' 34)
ヘルフ L20.パラメータ(#24 "-' 34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第1相 非対称単位中の原子1番目 原子名i\U ラベル名 AU1 共通ID固定
!
共通パラメータ(:;:24'"'-'27)1パラメータの値A(D l
最小二斜計算時の取り扱いID(l)#24席占有率
g 0.9400000
固定#25 部分座標
Xj 0.500000 '
固定#261部分座標 YI 0.000000
固定+;27 部分座標 Z
0.500000
固定各相の依存パラメータ(#24"-'34)
ヘルフ
L20.パラメータ(�24"-'34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第1相 非対称単位中の原子2番目 原子名AU ラベル名 AU2 共通ID固定
共通パラメータ(;;:2�1 '"'-' 2 7) パラメータの値A(I)最小二乗法計算時の取り扱いID(I)
I
#24席占有率
gl 0.000000
固定�25 部分座標 X
0.000000
闇定�26部分座標
y 0.000000
固定�27 部分座標 Z
0.000000
固定一一
一一一一一各相の依存パラメータ(#24"-'34)
ヘルフ
L20.パラメータ(ヰ24�34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第1相 非対称単位中の原子3番目 原子名AU ラベル名 AU3 共通ID固定
|
共通パラメータ(ご24'"'-'27)
パラメータの値A(I)I
最小二乗法計算時の取り扱いID(I)!
#24席占有率
gl 0.000000
固定#25 部分座標 X
0.500000
固定�26部分座標
yi 0.500000
固定#27 部分座標 Z I
0.000000
固定一一
各相の依存パラメータ(#24�34)
ヘルフ L20.パラメータ(#24�34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第l相 非対称単位中の原子4番目 原子名CU ラベル名
CU1
共通ID固定!
共通パラメータ(ヰ2-1--27) パラメータの値A(I)最小二.乗法計算時の取り扱いID(I)�24'席占有率 g/ 0.000000
拘束 存25部分座標 X0.500000
固定 :h26部分座標y l 0.000000
固定:h27,部分座標 Z I 0.500000
固定各相の依存パラメータ(#24�34)
ヘルフ L20.パラメータ(存24�34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第l相 非対称単位中の原子5番目 原子名CU ラベル名
CU2 共通ID固定
|
共通パラメータ(ご24--27) パラメータの値A(I)最小二乗法計算時の取り扱いID(I)拝24 席占有率
g 1.000000
精密化;1:25 部分座標
X0.000000
固定写26部分座標
y: 0.000000
固定::+27部分座標
Z 0.000000
固定各相の依存パラメータ(#24�34)
ヘルプ
L20.パラメータ(芋24�34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第l相 非対称単位中の原子6番目 原子名CU ラベル名
CU3
共通ID固定|
共通パラメータ(コ24--27) パラメータの{臥(I)i
最小二乗法計算時の取り扱し'lID(I)�24 席占有率
g 1.000000
拘束�25部分座標 X
0.500000
固定#26部分座標 V
0.500000
固定言27部分座標
Z0.000000
固定各本自の依存パラメータ(#24'"'-' 34)
ヘルフ
L20.パラメータ(#24'"'-'34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第1相 非対称単位中の原子7番目 原子名PD ラベル名
PD1 共通ID固定
! 共通パラメータ(ヰ24'"'"'27)
lパラメータの飢(1) I
最小説法計算時の取り扱いID(I)#24,席占有率 gl 0.060000
拘束#25部分座標 X ,
0.500000 固定
#261部分座標 yl 0.000000 固定
#27部分座標 Z
0.500000 固定
各相の依存パラメータ(# 24 '"'-' 34)
ヘルフ
L20.パラメータ(:t;24'"'-' 34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第l相 非対称単位中の原子8番目
原子名PD ラベル名 PD2 共通ID固定
共通パラメータ(ヰ24----27)
|パラメータの位以I)I最小二乗法計算時の取り扱いID(I)
�24席占有率
g 0.000000
拘束#25部分座標
X0.000000 固定
�26部分座標
y 0.000000 固定
ヰ27部分座標 Z
0.000000 固定
各本目の依存パラメータ(#24'"'-'34)
ヘルフ
L20.パラメータ(+r24'"'-' 34)と精密化の条件
各相依存パラメータ 第1相 非対称単位中の原子9番目
原子名PD ラベル名
PD3 共通ID固定
共通パラメータ(写24 ----2
7)
|パラメータの値A(1) I
最に#24席占有率
g 0.000000
拘束::;25部分座標
X0.500000 固定
�26部分座標
yl 0.500000 固定
#27'部分座標
Z0.000000 固定
線形等式制約条件
A(CUl,G)
=1 - A..(CU2,G) ; A(CU3,G)
=A(CU2,G) ;
A(PDl,G)
=1 - A(AUl,G) - A(CUl,G) ; A(PD2,G)
=0.06 - A(PDl,G) ;
A(PD3,G)
=i\.(PD2,G) ;
パラメータA(AUl,G)、 i\(AU2,G)、 i\ (AU3,G)は固定しており、 A (CU2,G)は精 密化するパラメータを表すもので、 残りの パラメータはこのパラメータを用いて表 し、 拘束条件式とする。
A(CUl,G)
=1 - i\(CU2,G) ;について
50CA-Rep3Pd合金の場合、 Cuは50at%なのでA u CuI型規則格子の2つのsite の 席占有率の合計はlである。
A(CU3,G)
=i\(CU2,G) ;について
A(CU2,G)とA(CU3 ,G)は規則l格子の同じsiteを表すものなので、 席占有率も等し い。
A(PDl,G)
=1 - A(AUl,G) - A(CUl,G) ;について
同じsiteにおける、 Au、 Cu、 Pdの席占有率の合計はlである。
A(PD2,G)
=0.06 - i\(PDl ,G) ;について
Pdは3at%なので2つのsiteの席占有率の合計は0.06であるa
A(PD3,G) = A(PD2,G) ;についてA(PD2,G)とA(PD,G)は規則格子の同じsiteを表すものなので、 席占有率も等しい。
以上のような入力条件および線形等式制約条件を用いて解析計算の実行した。 結果 をP135 r解析処理結果.例2J に示す。
解析処理結果
.例1
リートヘー Jレト 乃平和γ
ザンJ.ル名
J
1イ舟コノント
iIl11,i:: [J 副Ilii::-/'o
50AlIClII00000mil\
R.Oll仁hida.0077
X綿
J ニtJ
-
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kV I
200 "IAR I N T 2 0 0 0縦型ゴニオメータ
間階以料ホノレダー
hウン9 シンチレーシ ョ ンカウンタ
Rietveld 13・Scn-\J(j 11:33
I� 1 Nγ
J
Iル7 ・ 山川しない イJシナ.ントU?u・hワdll?n/-t: 全nJtiJモノクロメータ
党倣スリ ッ ト はじE・.
散乱スリ ッ ト・ -Ideg. -
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RR RRR 11
RR RRR 11
RR RRR 11
RR RRR 11111111
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リートヘー ルト 角中-l:J千
官EしCOME TO TIIE
EEEEEEI::EEEEE TTTTTTTTTTTT EEEEEEEEEEEE TTTTTTTTTTTT
EE TT
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^^ ^^ NN NN NN
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^^ ^^ NN NNN
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^A A^ NN NN
SYSTEM ドOR TIIE RI ETYEI.D ANAL YSIS ^ND SIMULATION OF X-RAY ^NIJ NEUTIWN DIドド R^CTION I'ATTI::RNS
牢本牢 D A T" (; 1 n: N Il Y U S E 1< ^ N 1> S Y S T E � 牢本本
TI TしE: AlIClI
NIlEAM � 1 NMODE �ーl NRANGE � 0 NEXC � 0 NUPDT ニ l LFl.AG: 00101
RADI^TION: CU
宵^YELENGTII(Al.PII^I) � 1.5405G2 官^HL ENGTII(ALPII^2) � 1. !jil43\J0
NPI<INT 0 Nド1< � 0
I(ALI'IIA2)/I(Al.I 'II^ I ) � . 4日7000
COEドFI CI ENTS FOR ^NAL YTI C ^PPROXIM^TIONS 0ド SCATTERI NG FACTORS ^ND DI SPERSION TERMS
13-Sep-\JG
NDA � 0
CTIIM � . 800000
リートヘー ルト frjf(. .+J千
NO. ATOM AI ßI A2 ß2 A:J ß3 A4 ll4 C OEI.Tド1 O F.l.T ド2
1 AU 16. H HI!l01 .461100 IR.5!l12!l!l 8.G21600 25.558201 1. 482GOO 5. 8GOOOO 3G・ 3リ55!l!l 12. 065800 -5.0!lG 7.2リ7
2 C U 1 :1. :I:.J 8 0 0 0 �. 5 R 2800 7. 1 67 G 0 0 . 247000 5. 6 1 5800 1 1 . 3!l G G 0 0 1 . 673500 G 4. 8 1 25!l!l 1. l!l 1 000 -2. 0 1 !l • 5 Hリ
:1 C A 1 �l. 2 :15.1 00 :J. 0 G 6!l 0 0 6. 700600 . 2 � 1 200 4. 35!l 1 00 1 O. 780500 2. !l 6 2:30 0 G 1 . 4 1 3502 1. 7 1 8!l 0 0 -1 . :154 . 777
PIIASE #1: A"Clll
SI'ACE GJWUI': J・ 4/M 11( 11( (YOI.. 1. 123)
CI<YSTAI. SYSTEM ANIJ LAUE'SY1I(MET R Y CLASS: TET RAGONAL. 4/WMW
HNJ吋 J' R [ドト:R I<ED-ORJENT AT ION CORI<EC T I ON
NI・ROR : 。
I NドOI<,I(Ar 1 ON ON I' ROドIU: ANIl ST R UC T URE J>ARAMETERS
NO A I D
ZEI<O -4.465100[-02 ZEIW-I'O 1 Nτ SII I ド T 0ド T IIE COUNTER
UKCR: 4:16.45リ IIACKじfWUND I'^RAMETER. 110
113.858 13,\じKじROUND J'ARAMETEJL 111 44.6153 IlACKGROUND I'ARAMETER. U 2 -4 1. !l3 1 B BACKC ROUND J'" R AM ETιR. 1l:1 -6.24537 IlACKGROUNI> I''\RAMETER. 114
-44. !l24�) IlACKCROUNI> I'ARAMETER. 115
SCAI. 1 8. 3!l 8 7 !l 0 E -0 :1 SCAI.E ドACTOR
ド官II M I 183:J80 ド曹11M l' A R,\ M E T E R . U
10 8. 355000[-02 ドlfllM J'ARAMETER. V 11 :I.3!l6420E-02 ド官11M I'ARAMETER. 官 AGDI・ 12 255320 ASYM MET R Y I'ARAMETER
1 :i 523100 じAUSS I AN ド R^C TJON
1 4 1.44565 ド官IIM(GAUSS)/ド宵IIM(LORENTZ)
I'REドl 1 �) OOOOOOEIOO J>REドER RED-OR IENTA T I ON J>^R^METER. 1'1 16 OOOOOOEIOO PREPER RED・OR IENTA T I ON I'AR^METER. 1'2
CEI.Q 1 : 17 :'1.リ6327 LAT T ICE I'AR^METER. A
リートヘー Jレト 角午 .. U千
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CU3:
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LATTICE I'ARAMETER. C LATTICE PARAMETER. ALI 'IlA LATTICE PARAWETER. ßETA LATT I CE I'ARAMETER. GAMWA
OVERAしし I SOTROI'IC TI lERMAL PARAHTER. Q AU (1) OCCUPATION FACTOR. G
ドRACTIONAL COORlJINATE. X FRACTIONAL COORDINATE. Y FRACTIONAL COORDINATE. Z ISOTROPIC TIlERWAL I'ARAWETER.
OCCUPATION FACTOR. G FRACTIONAL COORDINATE. X FRACTIONAL COORDINATE. Y FRACTIONAL COORDINATE. Z 1 SOTROP 1 C TIIERWAL PARAWETER.
OCCUPATION FACTOR. G FRACTIONAL COORDINATE. X FRACTIONAし COORDINATE. Y FRACT IONAL COORD 1 NATE. Z 1 SOTROP 1 C TIIERWAL PARAWETER.
OCCUI' ATION FACTOR. G ドRACT I ONAL COORDINATE. X
FRACTIONAL COORDINATE. Y FRACTIONAL COORDINATE. Z ISOTROI ' IC TIIERMAI. I'ARAIHTJ::R.
OCCUPATIONドACTOR. G ドRACTIONAI. COORDINATE. X
FRACTIONAL COORDINATE. Y FRACTIONAL COORDINATE. Z ISOTROPIC TIIERMAL PARAUHR.
OCCUPATION fACTOR. G fRACTIONAし COORDINATE. X fRACTIONAL COORDINATE. Y fRACTIONAL COORDINATE. Z ISOTIW ドIC TIlERMAL I'ARAMJ:: TER.
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500000 I.OOOOOOE-Otl
1.00000 OOOOOOEIOO OOOOOOEIOO OOOOOOEIOO 1. OOOOOOE-O�
1.00000 500000 500000 OOOOOOEIOO 100000
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ソ ー ト ヘー ル ト frj1f.イソγ
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^(^U3. G)=^(^U2. G);
^(CUI.G)=I - ^(^UI.G);
^(CU2. G)=I-^(CUI. G);
^(CU3. G)"^(CU2. じ) ;
20(MIN) = 20.00 20(M^X) = 100.00
ST EP . . 0200 NSTEP = 4001
CUT-Oドド = 7. 00 .. ド官IIW CSTIl = . GOO RLIW = 34.0
戸NC 本本* NONLINEAR LEAST-SQUARES FI T T ING DY WARQU^RDT' S METIIOD (NLESQ = 0) *牢本
NAUTO = 2 NCYCL = 17 CONY = 3.000E-04 NCONY = 5
NUMUERSドOR Y^R I ADLE rARAHTERS IN PREP^R ^TO RY CYCLES
CYCI.E Ii 1: 2 3 4 5 (j 7 8
CYCI.E 11 2: 日 10 1 1 1 � CYCLE I! 3・ 2t1
じAI.CULATION USING INIT I ^し P^R^ METERS OF :J0;15t1. u
CYCLE Ii 1
Nl'TS = 4001 OF = �055t1. 0
CYCLE # 2
NPTS = 4001 OF = 30553. U
CYCLE # 3
リートへ申 ルト jち平-v千
N I'TS : Ij 001 。ド : 30 Ij Ij 1.リ
CYCLE Ii Ij
N J 'TS : ・1001 oド :10 Ij 0 (j. 3
仁YCしE ;j �)
NI'TS : 1j00l 。ド : :1 0 Ij 0 (j. :1
CYCLE Ii (j
TOOし^H G E 1ft ^ H Q U A R 0 T l' ^ R ^ lAE TE R
*** R F^CTORS ^Nl】 ST^NDARD DEV1^TI0NS OF P^RAlftETERS 牢寧牢 一「ωo
R.官p : 9. 78 R. 1 : 7. J S
R.P : 7.15 R. F = 1j.:1 0
R. R = 15. 86 R. E = 3. 5tf CII1SQR : 7.628:1
NO. A SIGM^
-Ij. tf (jlj 22リ1-:-02 2. G70770E-Otf ZERO-POINT SII J ドT 0ド TIIE COUNTER
2 tf :l(j. (j71j J. 82リG8 B^CKGROUND "^陀AMETER. 110
1 lllj.IH8 7.�5(j:32 llACKGIWUNIJ P^RAMETER. III
4 tf 4. (jlj 0 U 1 1. 4008 ßACKGROUNυI'^RAMETER. ß2
� -Ij (j. (j U 01 29. 2517 ß A C K G R 0 U N II " A R A,II E T E R . II :1
G -S. S8ljHO 12.830G ß^CKGROUND I'ARAMETER. ßtj
-41. 00S�1 25. 5131 ßACKGROUND "ARAMETER. ß5 8 8.45UI8UE-03 2. 9210841:: -05 SCALE F ACTOR
。 17UGH:3 8. tftf6G3(jE-03 F冒11M I'ARAMETER U
10 8.362138E-02 3. 092U72E-03 F官11M PARAMETER V
1 J 3.4207451::-02 日.471033E-04 F宵11M PAR^METER. 官
12 2S9536 6.903870E-02 ASYMMETRY PARAMETER 13 52355U 1. 25U508E-02 GAUSSIAN FRACTI0N
1 4 I.ljljU80 3.8656nE-02 FJ 11 1ft (G ^ U SS) / FJ 11101 (LO R E NT Z)
15 OOOOOOEIOO PREFERRED・ORIENTATION P^R^Ml-:TER. 1'1 1 G OOOOOOEIOO PREFERHED-ORIENTATION P^R^METER. 1'2
17 3.96327 LATTICE P^R^METER. ^
18 3. U6327 LATTICE J >^R^METER. B
リートへ申 Jレト frJヰ+.J,-
I Ð :J.G7432
20 日0.0000 21 90.0000 22 UO.OOOO 23
24
0000001::100
9 Ð3283 1. -11 G2 Ð5E・02
LATTICE PARAWETER. C LATTICE J>ARAWETER. ALI'IIA LATTICE PARA!lETER. ßETA LATTICE PARAIIETER. GAIUIA
OVERALL ISOTROPIC TIIERWAしPARAMETER. Q AU (1) OCCU PATIONドACTOR. G
FRACTION^し COORDIN^TE. X ドR^CTIONAL COORDINATE. Y ドR^CTIONAL COORDINATE. Z
ISOTROI'IC TIIERWAL P^R^METER. 日
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AU (2) OCCUI'^TIONド^CTOR. G FR^CTIONAL COORDIN^TE. X FR^CTION^しCOORDIN^TE. Y FRACTIONAL COORDIN^TE. Z 1 SOTROI・IC TIIERIIAL P^R^IIETER. ß
^U (3) OCCUPATIONド^CTOR. G ドR^CTION^L COORDIN^TE. X
FR^Cτ10NAL COORDINATE. Y FRACTIONAL COORDIN^TE. Z ISOTROPIC TIIERWAL "ARAMETER. ß CU (1) OCCUP^TION FACTOR. C;
FRACτIONAL COORDIN^TF:. X FR^CTIONAしCOORDIN^TE. Y ドRACTIONt\L COORDINATE. Z
ISOTROI'IC TIlERMAL I'^I�AMETER. ß CU (2) OCCUPATION FACTOR. C;
-1 円L ηJ
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500000
ドR^CTIONAL COORDINATE. X ドR^CTIONAL COORDINt\TE. Y FRACTION^L COORDINATE. Z ISOTROI・IC TIIERMAL I'ARAMETER. 11
CU <:1) OCCUI'ATIONド^CTOR. G
FRACTIONAL COORI】IN^TE. X ドR^CTIONAL COORDIN^TE. Y ドR^CTIONAL COORDIN^TE. Z
1 SOTROP 1 C TIIERMAL P^RAMETER. ß 0000001::100
100000
I.ATTICE I'^R^MI::TERS (ANGSTROM OR DEGREE) IN ^lIClIl
^ u C ^ L(' 11 ^ ur:: TA G ^ M M ^
3. ÐG327 3.日G327 3. G7432 ÐO.OOOO 90.0000 ÐO.OOOO
リートへ- )レト 角午4・J千
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TEM P. ド^CTOR = EXP(ー( 11牢牢2牢ßETAIl I K牢牢2寧ßETA22 , し牢本2章UETAa3 , 2本日牢K本ßETA 12 , 2牢11本L牢ßETAI3 ' 2本K牢L牢ßETA23))