ラマン分光法による溶融アルミニウム合金表面上における酸化皮膜形成過程のその場観察

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650861
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 成島 尚之 東北大学, 工学部, 助教授 (20198394)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井口 泰孝 東北大学, 工学部, 教授 (90005413)
• Keywords: ラマン分光法 / 溶融アルミニウム / 高温酸化 / 薄膜分析 / 酸化皮膜 / その場観察 / アルミナ / スピネル

Research Abstract

溶融純Al、溶融Al-Mg合金および溶融Al-Mg-Si合金の1273K、酸素雰囲気中における酸化速度を測定すると共に、酸化過程で形成された酸化皮膜の分析をラマン分光法、X線回折、X線マイクロアナリシス、走査電子顕微鏡等により行った。
Al-Mg、Al-4Mg-4Si、Al-4Mg-10Si合金の酸化による質量増加は、溶融Al合金の典型的な挙動を示した。つまり、酸化初期の質量増加、酸化潜伏期の質量増加速度減少および酸化進行期の急激な質量増加の3段階変化である。酸化皮膜の分析より各段階においては以下の反応が起こっていると考えられた。
酸化初期:Mg蒸気の関与したMg系酸化物(MgおよびMgO・Al_2O_3)の形成
酸化潜伏期:MgO・Al_2O_3中を通してのAl融体の浸透
酸化進行期:浸透したAl融体が酸化することによるAl_2O_3-Alの形成
このようにAl融体の酸化皮膜を通しての浸透が酸化挙動に大きな影響を及ぼすことがわかった。Al融体中のMgは高い蒸気圧により、Siは融体の粘度を減少させることにより融体の浸透に寄与すると考えられた。
一方、Al-4Mg、Al-4Mg-1Si合金においては酸化進行期が観察されなかった。この理由は、酸化初期に厚いMgO・Al_2O_3皮膜が形成される(Al-4Mg)、または融体の粘度が比較的高い(Al-4Mg-1Si)ので、本実験酸化時間(最長130ks)以内でMgO・Al_2O_3中を通してのAl融体の浸透が完了しなかったためと考えられる。