STEM-EELS/EDS chemical analysis of solute clusters in a dilute mille-feuille-type Mg-Zn-Y alloy

STEM-EELS/EDSによる希薄ミルフィーユ型Mg-Zn-Y合金の溶質原子の化学分析

佐藤 庸平*; 江草 大佑*; 宮崎 秀俊*; 木村 耕治*; 板倉 充洋  ; 寺内 正己*; 阿部 英司*

Sato, Yohei*; Egusa, Daisuke*; Miyazaki, Hidetoshi*; Kimura, Koji*; Itakura, Mitsuhiro; Terauchi, Masami*; Abe, Eiji*

ミルフィーユ構造(MFS)を持つ希釈Mg-Zn-Y合金は、キンク変形を介して長周期積層順序(LPSO)構造を持つMg-Zn-Y合金と同等の機械強度を示す。MFSタイプのMg合金の熱安定性をより深く理解するためには、溶質濃化積層欠陥(SESFs)中のZnおよびYからなる溶質クラスター構造を明確にする必要がある。走査透過型電子顕微鏡(STEM-EELS/EDS)に基づく電子エネルギー損失およびエネルギー分散X線分光法で、MFS-Mg合金のSESFs中のZnおよびYの電子構造と組成を調べた。Zn-L2,3スペクトルは、希釈Mg合金中のZnの価電子電荷がLPSO型Mg-Zn-Y合金と異なることを示した。さらに、希釈MFS-Mg合金のY-L2,3スペクトルのL3/L2の強度比は、LPSO-Mg合金よりも大きく、これはY原子の4d3/2および4d5/2軌道の電子占有がLPSO-Mg合金と異なることを反映している。希釈MFS-Mg合金のSESF組成のSTEM-EELS解析は、Zn/Y比がLPSO-Mg合金よりも低いはずであることを示し、これはSTEM-EDS測定によっても確認された。これらの結果は、希釈MFS-Mg合金のSESFs中のクラスター構造が、LPSO型Mg-Zn-Y合金の理想的なZn6Y8クラスターとは異なるはずであることを示している。

Dilute Mg-Zn-Y alloy with a mille-feuille structure (MFS) exhibits a mechanical strength comparable to Mg-Zn-Y alloy with long period stacking/ordered (LPSO) structure through kink deformation. In order to deepen understanding the thermal stability of the MFS-type Mg alloys, it is required to clarify the solute cluster structures composed of Zn and Y in solute enriched stacking faults (SESFs). In this study, electron energy-loss and energy dispersive X-ray spectroscopy based on scanning transmission electron microscopy (STEM-EELS/EDS) were conducted to investigate the electronic structure and composition of Zn and Y in the SESFs of the MFS-Mg alloy. Zn-L2,3 spectra indicated that the valence charges of Zn in the dilute Mg alloy were different from that of the LPSO-type Mg-Zn-Y alloy. In addition, the intensity ratio of L3/L2 in Y-L2,3 spectrum of the dilute MFS-Mg alloy was larger than that of the LPSO-Mg alloy, reflecting the electron occupancies of 4d3/2 and 4d5/2 orbitals of Y atoms were different from those of the LPSO-Mg alloys. STEM-EELS analysis of the SESF composition in the dilute MFS-Mg alloy indicated that the Zn/Y ratio should be lower than that of the LPSO-Mg alloy, which was confirmed also by STEM-EDS measurements. These results indicate that the cluster structure in the SESFs of the dilute MFS-Mg alloy should be different from the ideal Zn6Y8 cluster in the LPSO-type Mg-Zn-Y alloys.