強い重力場下におけるIn-Pb合金中の構成原子の沈降; 実験及びシミュレーション

Sedimentation of constitutional atoms in In-Pb alloy under strong gravitational field; Experiment and simulations

小野 正雄  ; 木下 貴博*; Huang, X. S.*; 井口 裕介*; 岡安 悟  ; 真下 茂*

Ono, Masao; Kinoshita, Takahiro*; Huang, X. S.*; Iguchi, Yusuke*; Okayasu, Satoru; Mashimo, Tsutomu*

超重力場下における原子の沈降現象を調べるためにIn-Pb固溶系合金(In:Pb=80:20at%)について超重力場実験を行った(最大加速度:100万Gレベル,温度:融点直下(固体),出発試料:中間相の相単相(面心正方晶、c/a1)、時間:30-150h)。時間の条件のみを変えた複数の実験から濃度変化の時間依存性を調べた。これにより時間の経過に伴い組成が変化し60時間以下でほぼ定常状態に達したことがわかった。また、原子の沈降プロセスのシミュレーションから、沈降の拡散係数は一般的な拡散の拡散係数の8倍程度になると見積もられた。また、60時間で定常状態に達したと考えた場合はシミュレーションから見積もられる沈降の拡散係数は10m/sオーダーとなった。実験中の試料は固体であるにもかかわらずこの拡散係数は液体金属の拡散係数と同等であることから、この系の沈降の拡散メカニズムは地上の重力場下での拡散と異なるメカニズムになっている可能性が示唆された。

Ultracentrifuge experiments were performed on a miscible In-Pb alloy to study sedimentation of constitutional atoms under a strong gravitational field (maximum acceleration: 10 g level, temperature: below melting point (solid), starting state: intermediate -phase (f.c.t., c/a1), time duration: 30-150 h). The Graded structures were formed in all centrifuged samples, in which, the Pb content continuously increased, and the In content decreased in the direction of gravitational field. It was experimentally cleared that the composition profiles gradually changed with time and the change of composition profiles converged to steady state within 60 hours in case of the experimental conditions. And it was found that the diffusion coefficient for sedimentation was about 8 times larger than that for usual diffusion. According to the simulation, the diffusion coefficient for the sedimentation could be estimated as about 10m/s in the case of these experimental conditions. The present result indicated that the diffusion mechanism of the sedimentation in this system was different from the conventional one.