合金の凝固で、固液界面の固相と液相の溶質濃度の比 k = Cs/CL を平衡分配係数という。Al-Cu合金のように k が約0.17の場合についての説明として正しいものはどれか。

正解：B. 固相は液相の約0.17倍の溶質しか取り込めないので、溶質は界面の前方の液相へ吐き出され、最後に凝固する部分ほど溶質に富む

k は状態図の同じ温度での固相線と液相線の組成の比で、液相線と固相線がともに溶質の多い側へ下がる系では k < 1 になります。Al-4%Cu合金で最初にできる固相は約0.17 × 4 = 0.68%Cuしか含まず、余った溶質は液相へ吐き出されて液相がしだいに濃くなるので、デンドライトの芯は薄く、最後に凝固する樹間や粒界は濃くなります。先に凝固した部分ほど溶質に富むのは k > 1 の場合です。k は拡散係数の比ではなく、固相内の拡散は遅いので、濃度の差は凝固後も自然には消えず、均質化には熱処理が必要です。k が1から離れるほど偏析は大きくなり、帯溶融精製はこの性質を使います。