Guinier-Preston(GP) zone이란?

Guinier-Preston(GP) zone이란?

알루미늄 합금에서는 시효 열처리 과정에서 Guinier-Preston(GP) zone으로 알려진 준안정상이 생성 됩니다. GP zone은 합금의 시효 과정에서 형성되는 용질 원자의 클러스터의 일종으로 볼 수도 있습니다. 모상과는 결정학적으로 정합(coherent)의 관계를 가지며, 자체가 일정한 격자 구조를 가지며 투과 전자 현미경을 사용하여 관찰할 수 있습니다. 클러스터, GP zone, 중간상, 안정상의 순으로 석출이 진행된다고 할 때 클러스터와 GP zone에 대한 구분은 정합성의 차이로 정의할 수 있습니다.

 

GP zone의 형성 과정과 안정한 형태에 대한 원인

GP zone의 형성은 용질 원자가 확산되어 함께 모여지기 시작하는 시효의 초기 단계에서 발생합니다. 이때 형성되는 클러스터는 용질 원자가 모여 주변 모상(matrix)에 비해 농도가 증가하고, 구형, 막대형 또는 판형을 포함하여 다양한 모양과 크기로 형성될 수 있습니다. 수 나노미터 크기로 미세한 분산을 유지함으로서 기계적 특성 향상에 기여할 수 있습니다. GP zone의 특성은 합금의 조성과 적용된 시효 조건에 따라 달라집니다. GP zone은 석출 경화 열처리의 초기 단계에서 형성되기 때문에 형상은 주로 계면의 에너지에 의해 결정됩니다. 정합성을 무시하면 GP zone의 안정한 형태는 구형이어야 하지만, Al-Cu 합금과 같이 원자 크기 차이가 큰 다른 시스템에서는 GP zone의 형태를 결정할 때 변형 에너지가 계면 에너지보다 더 중요해집니다. 따라서 GP zone의 모양은 원자 크기 차이와 정합에 따른 변형률에 따라 달라집니다.

 

A GP zone parallel to the (200) plane

 

GP zone의 존재는 합금의 기계적 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 클러스터와 중간상 사이의 단계로 안정한 석출상 형성을 위한 핵생성 사이트로 작용할 수 있습니다. 또한 전위(dislocation)의 운동에 있어서 장애물로 작용하여 합금의 연성을 감소시키고, 강도를 증가 시킬 수 있습니다. GP zone의 형성과 거동을 이해하는 것은 알루미늄 합금의 특성을 최적화하는 데 중요합니다. 시효 열처리의 조건을 최적화함으로서 GP zone의 형성을 변화시키고, 합금의 기계적 특성을 특정한 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다.

 

참고

결정 중의 전위(dislocation)

석출 강화의 정의와 조건