Diffusion of boron in iron: basic and abnormal processes

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04989
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26010:Metallic material properties-related
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: Nakamura Ryusuke 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70396513)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石丸 学 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (00264086)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 鉄 / ボロン / 拡散 / 二次イオン質量分析法

Outline of Final Research Achievements

We measured the diffusion profiles of boron (B) in alpha and gamma iron by secondary-ion mass spectrometry and evaluated the diffusion coefficients of B by analyzing the profiles. We clearly recognized that deboronization occurred remarkably at high temperatures above 1073 K. To avoid it, we measured diffusion profiles of samples annealed at 873 K - 973 K. As a result, the diffusion profiles of a few, different samples were in good agreement with each other. The diffusion coefficients of B in alpha iron were evaluated to be 10－20 to 10－18 m2 s－1 at the temperatures, which are slightly smaller than the self-diffusion coefficients of alpha iron. The diffusion coefficients of a gamma iron-nickel alloy were evaluated to be 10－20 to 10－19 m2 s－1 at at 873 K - 973 K.

Free Research Field

材料組織学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，鉄中の固溶度が著しく低いボロン（B）の拡散濃度プロファイルを再現性よく測定することができた．それによって，Bの拡散係数は従来の報告値よりも7-8桁低いことが明確になった．鉄中のBは，軽元素の炭素や窒素と同様に格子間型の速い拡散をすると考えられていたが，母相の鉄と同様に置換型の拡散をすることが示唆される．鉄中のBの新たな性質を示す学術的成果が得られた．Bは微量の添加により鉄鋼の焼入れ性，すなわち，強度を担うマルテンサイト相の形成を容易にする元素として注目される．本研究の成果は鉄鋼の熱処理の設計に活用されることが期待される．