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Bは、微量添加で鋼の焼入れ性を著しく向上させる効果を有するものの、過剰に添加すると焼入れ性向上効果は薄れ、延性・靱性が低減する取り扱いの難しい元素である。Bの挙動を理解し、その元素機能を最大限に引き出すことができれば、鉄鋼材料分野で大量に消費されるレアメタルの消費量を削減できる。しかしながら、Bは軽元素であるため分析が困難であり、固溶状態が侵入型か置換型かも明確でない。本研究の目的は、Fe中におけるBの固溶限や拡散係数など基礎的知見を拡充し、Bを活用した合金設計に資することである。
本研究においては、まず希薄B合金の試料作製法を確立した。また、rf-GDOESを用いたBの定量分析法確立し、NIST、JSSなどの標準試料、ならびに自作したFe-B合金から検量線を作製し、検出限界1.7 wt.ppm、定量下限3.3 wt.ppmを達成し、ICP-AESと同程度の定量精度を確保することができた。
続いて、Fe2Bバルク体とFe箔の拡散対実験を行い、Fe箔の接合界面近傍おけるB濃度プロファイルをrf-GDOESで測定し、固溶限を決定した。Fe2Bバルク体は、市販の高純度Fe2B粉末をSPSで焼結することで作製した。FeとFe2Bの両相には極微量のAlが不可避的不純物として混入しており、両者のAl濃度の違いで接合初期界面の位置を特定できる。また、粒界拡散の影響を抑えるため、粗大粒組織を持つFe箔を用いた。γが安定な温度域では、Bの拡散は極めて早く、Bは格子間を拡散することが示唆された。さらに、950℃から1050℃の温度域において、Bの固溶限は温度上昇にともない20 wt.ppmから40 wt.ppmまで増大することが分かった。
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