ヒューム・ロザリー則

ヒューム＝ロザリー則は、元素が金属に溶解して固溶体を形成する条件を記述する一連の基本法則です。この法則は、1926年にこれらの法則を列挙した冶金学者ウィリアム・ヒューム＝ロザリーにちなんで名付けられました。^[1]この法則には2つのセットがあり、1つは置換型固溶体に関するもので、もう1つは侵入型固溶体に関するものです。

置換固溶体則

置換型固溶体の場合、ヒューム・ロザリー則は次のようになります。

1. 溶質原子と溶媒原子の原子半径の差は15%以内でなければならない。^[2]

   ${\displaystyle \%{\text{差}}=\left({\frac {r_{\text{溶質}}-r_{\text{溶媒}}}{r_{\text{溶媒}}}}\right)\times 100\%\leq 15\%.}$

2. 溶質と溶媒の結晶構造は類似している必要があります。
3. 溶媒と溶質の原子価が同じ場合、完全な溶解が起こります。^[3] 金属は、より原子価の高い金属を溶解する可能性が高く、その逆も同様です。^{[2] [4] [5]}
4. 溶質と溶媒は、電気陰性度が同程度である必要があります。電気陰性度の差が大きすぎると、金属は固溶体ではなく金属間化合物を形成する傾向があります。

格子間固溶体則

格子間固溶体の場合、ヒューム・ロザリー則は次のようになります。

1. 溶質原子の半径は溶媒原子の半径の59%よりも小さくなければならない。 ^{[6] [7]}
2. 溶質と溶媒は同様の電気陰性度を持つ必要がある。^[8]
3. 原子価係数：2つの元素は同じ原子価を持つ必要があります。溶質原子と溶媒原子の原子価差が大きいほど、溶解度は低くなります。

多成分系の固溶体則

基本的に、ヒューム・ロザリー則は、置換型または侵入型固溶体を形成する二成分系に限定されています。しかし、このアプローチは、一般的に多成分系である先進合金の評価には限界があります。自由エネルギー図（または状態図）は、複雑な系における平衡制約に関する詳細な知識を提供します。本質的に、ヒューム・ロザリー則（およびポーリング則）は幾何学的制約に基づいています。ヒューム・ロザリー則の進歩も同様であり、ボロノイ図で記述可能な臨界接触基準として考えられています。^[9]これにより、多成分系の理論的な状態図の作成が容易になる可能性があります。

遷移金属元素を含む合金の場合、ヒューム・ロザリーの電子濃度則の解釈は困難である。遷移金属のe/a値（原子あたりの電子数）は長い間議論の的となっており、満足のいく解決策はまだ見つかっていないからである。^{[10] [11]}

参照

• カルファド
• 混合エンタルピー
• ギブスエネルギー
• 相図

参考文献

1. Graef, Marc De; McHenry, Michael E. (2007-08-30). Structure of Materials: An Introduction to Crystallography, Diffraction and Symmetry. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-65151-6。
2. Callister, William D.; Rethwisch, David G. (2018年1月). Materials Science and Engineering: An Introduction (第10版). Wiley. p. 992. ISBN 978-1-119-40549-8。
3. 材料科学と工学の基礎、第4版、W. SmithとJ. Hashemi、pp.139-140 (2006)。
4. Goodman, DA; Bennett, LH; Watson, RE (1983年1月). 「遷移金属合金における原子価効果と相対溶解度」. Scripta Metallurgica . 17 (1): 91– 96. doi :10.1016/0036-9748(83)90077-7.
5. Bhadeshia, KDH「固溶体：ヒューム・ロザリー則」. PT（相転移）グループホーム. ケンブリッジ大学. 2024年8月16日閲覧。
6. 「金属の構造 - PPTビデオのオンラインダウンロード」。
7. 「金属（および合金）の特性と挙動は、その構造、処理、履歴、および組成に応じて異なります。Engr PPTビデオのオンラインダウンロード」。
8. 「ヒューム＝ロザリーの法則」ヴァン・ノストランドの科学百科事典。ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社、2002年。
9. Wang, Zhijun; Huang, Yunhao; Liu, CT; Li, Junjie; Wang, Jincheng (2019年4月4日) 「原子パッキングとサイズがヒューム・ロザリー則に及ぼす影響」Intermetallics , 109 : 139– 144, doi :10.1016/j.intermet.2019.04.001, S2CID  141214774
10. Gao, Michael C (2016).高エントロピー合金：基礎と応用.
11. 水谷宇一郎、佐藤宏一（2017年1月）「ヒューム・ロザリー電子集中則の物理学」結晶学誌7 (1): 9. doi : 10.3390/cryst7010009 . ISSN  2073-4352.

さらに読む

• Bhadeshia, HKDH「固体溶液：ヒューム・ロザリー則」 。 2007年11月24日閲覧。
• 水谷宇一郎 (2010).構造的に複雑な合金相に対するヒューム・ロザリー則. Taylor & Francis. ISBN 978-1-4200-9058-1。