Al-Zn-Mg合金은 低溫時效에서는 G.P. Zone이 形成되고, 高溫時效에서는 主로 中間相이 形成된다. 따라서 强度는 G.P. zone 및 中間相의 密度와 크기에 影響된다.
微量의 添加元素 및 凍結空孔은 G. P. Zone의 形成에 顯著한 영향을 준다. 例를들면 Al-Cu合金에 0.1at%이 Su, In, Cd를 添加하면, G.P. zone의 形成이 大端히 늦어진다. 이것은 이를 原子와 空孔과의 結合 energy가 Cu-V(原子室孔)보다 훨씬 크기 때문에 Cu擴散에 寄與할 空孔濃度가 低下되고, Cu와 같은 G.P. zone을 만드는 溶質原子의 擴散을 抑制한다고 생각되고 있다.
Perry등은 Al-4%Zn合金에 對하여 微量의 Mg을 添加하고, Mg添加에 의하여 低溫時效에서 G.P. Zone의 形成이 抑制되는 事實을 提示하였다. Bartsch도 Al-Zn合金에 0.05%以上의 Mg을 添加하고, 電氣抵抗, 時效曲線, 復元處理 및 quenching溫度의 영향이 二元系 Al-Zn合金의 경우와 相異한 事實로부터, 二元系의 경우와 相異한 G.P. zone이 形成될 것이라고 推定하고 있다.
以上과 같이 Al合金中에 第3元素를 添加함에 의하여 G.P.zone의 形成에 커다란 영향을 주는 것이 여러硏究者들에 提示되었으나, 特히 低溫時效에서 Mg原子를 添加하였을 때의 G.P.zone의 形成에 根本的인 역할을 하는 活法化 energy의 正確한 實測値는 아직 그리 發表되지 않고 있다. 特히 Mg添加時의 G.P. zone形成에의 活性化 energy의 實驗的인 測定은, 市中의 Al輕合金中에서 가장 强力한 Al-Zn-Mg合金系의 時效硬化, 各種熱處理, 應力腐蝕破壤感受性等에 實로 커다란 意義를 준다.
따라서 筆者는 이의 測定을 爲하여 比較的 時效硬化遠度가 빠르고 硬化値가 커다란 高 Zn含有 Al-Zn-Mg 輕合金에 對하여, 二段時效效果가 아직 나타나지 않는 120℃以下의 時效에서, G,P. zone의 形成을 爲한 活性化 energy를 實驗에 의하여 測定하고 다음式에 따라서 計算하였다.
至今 溶質原子의 移動하기 爲한 活性化 energy를 E_M라고 하고, 核形成을 爲한 活性化 energy를 Q라고 하면, 移動이 일어나는 確率은 exp(-(E_M/kT))에 比例한다. 또 이와같이 하여 集合한 溶質原子가 安定한 析出核으로서 成長하기 때문에는 Q만큼 自由 energy가 增加한 扶態가 되지 않으면 안된다. 따라서 이때 最少의 安定核으로 移動하는 頻度는 exp(-(Q/kT))에 比例한다 結局 最少의 安定核이 溶質原子에 의하여 單位時間에 形成되는 速度, 卽 均一核生成 速度 V는 以上 두개의 條件에 支配됨으로 V=Kexp(-E_M/kT)exp(-Q/kT) (1) 로 주어진다. 여기에서 V는 單位時間에서 形成되는 G.P. zone의 量, 卽 硬度에 比例한다. 따라서 硬度 Hv는 Hv=V·f(t) (2) 이다. 그러면 (1)式에서 볼 때 E_M은 溫度에 依存하지않는 定數이고, Q는 T의 函數로 溫度의 上昇과 더불어 急激하게 增加한다. 따라서 本實驗과 같은 溫度範圍에서는 exp(-E_M/kT)項은 定數로 간주할 수 있다. 따라서, 다음식이 얻어진다. Hv=K·f(t)exp(-Q/(kT) (3)
結局 本實驗에서 使用한 試料, X-10, X-8, X-5 및 A, B合金은 다같이 30°∼120℃範圍의 溫度에서는 2段時效의 영향이 없고, 硬度가 單調롭게 增加한다. (Fig. 1 參照)
至今 Hv=一定하다고 하면 (4)式에서 log(t)를 1/T에 對하여 plot하므로서 時效析出을 爲한 活性化 energyQ가 求하여진다.
Fig. 2에 Hv=120일 때 (4)式에 의하면 求한 結果를 Fig.3에 올렸다. 卽 이들 合金의 30°∼120℃範圍의 時效에 의한 硬度上昇은 主로 G.P. zone에 의한다는 事實로부터, 이 값은 溶質原子의 zone을 形成하기 爲한, 活性化 energy라고 해석할 수 있다.
Al-Zn二元系에서 Turnfull 等은 zone 形成을 爲한 活性化 energy로서 0.43eV를 提示하고 있다. 卽 Al-Zn 2元系에 Mg을 添加함에 의하여 活性化 energy는 0.13∼0.25eV 增加하는 事實을 本 實驗으로부터 알 수 있고 또 이것은 Zone의 安定度는 Mg의 添加에 의하여 增大한다는 實驗的結果와도 一致한다.
