Radiation-enhanced diffusion of copper in iron studied by three-dimensional atom probe

3次元アトムプローブによる鉄中の銅の照射促進拡散に関する研究

外山 健*; 鈴土 知明   ; 永井 康介*; 他9名*

Toyama, Takeshi*; Suzudo, Tomoaki; Nagai, Yasuyoshi*; 9 of others*

電子照射と3次元アトムプローブ(3D-AP)を使用して、照射促進拡散(RED)の高精度測定を行った。高純度のFeとCuをベース材料としてCu-Fe拡散ペア試料を作成し、2MeVの電子照射を行った。CuのFeマトリックスへの拡散を3D-APを使用して原子レベルで観察し、フィックの法則を使用して拡散係数を直接取得した。その結果、REDが明確に観察され、照射下での拡散と熱拡散の比率が低温で大きくなった。反応速度論モデルを使用してREDを定量的に評価し、実験値は空孔のみを考慮したモデルと良好な一致を示した。これにより、REDが照射誘起空孔によって支配されていることが明らかになった。さらに、FeへのCuの溶解度に対する照射の影響に関する直接的な実験結果が得られ、照射下での溶解度は、熱時効下での溶解度よりも低いことがわかった。

We performed a high-precision investigation of radiation-enhanced diffusion (RED) using electron irradiation and three-dimensional atom probe (3D-AP). Cu-Fe diffusion pairs were created using high-purity Fe and Cu as base materials, and irradiated by 2 MeV electron. Cu diffusion into the Fe matrix was observed at the atomic level using 3D-AP, and the diffusion coefficient was obtained directly using Fick's law. RED was clearly observed, and the ratio of diffusion under irradiation to thermal diffusion was enhanced at low temperature. RED was quantitatively evaluated using the reaction kinetics model, and the model which consider only vacancies gave a good agreement. This gave experimental clarification that RED was dominated by irradiation-induced vacancies. In addition, the direct experimental results on the effect of irradiation on the solubility limits of Cu in Fe was obtained; solubility limits under irradiation were found to be lower than those under thermal aging.