降水のない地域

材料科学において、析出物フリーゾーン（PFZ ）とは、析出物（結晶化中に結晶粒から押し出された固体不純物）が存在しない、結晶粒界周辺の微小な局所領域を指します。これは、析出物の不均一核生成が主要な核生成メカニズムである多結晶材料（ランダムに配向した結晶粒を持つ結晶材料）で発生する一般的な現象です。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}これは、結晶粒界が空孔のシンクとして機能する高エネルギー表面であるため、結晶粒界に隣接する領域には空孔が存在しないためです。^{[ 4 ]}不均一核生成は、空孔などの欠陥の多い部位の周囲で優先的に発生する方がエネルギー的に有利であるため、結晶粒界に隣接する空孔のない領域では析出物の核生成が阻害されます。^{[ 4 ]}

PFZの理論^{[ 5 ]}と実験的観察^{[ 6 ]}に関する先駆的な研究は1960年代に行われた。

PFZ は材料の機械的特性に悪影響を及ぼします。^{[ 3 ]}特に、PFZ では析出物が不足しているためピン止めサイトが少なくなり、材料の硬度が低下します。材料の降伏に必要な条件である転位の移動には、PFZ では著しく低いせん断応力が必要となり、その結果、これらの局所的に弱い領域で塑性変形が発生します。^{[ 7 ] [ 8 ]} PFZ の幅は粒界破壊と負の相関があることもわかっています。^{[ 1 ] [ 7 ] [ 8 ]}

PFZは孔食や応力腐食割れも促進し、化学的に攻撃的な環境下ではこれらの材料の耐用年数を著しく低下させる。^{[ 9 ]}

PFZは焼入れによって最小限に抑えられることが示されている。まず、焼入れは過冷却度を高め、強力な核生成サイトが存在しない場合でも核生成エネルギー障壁を低下させるため、PFZにおける均一核生成を促進する。さらに、低温は拡散速度の低下にもつながり、空孔の損失と粒界析出物の早期成長を最小限に抑える。^{[ 5 ]}しかし、低温では拡散速度が抑制されるため、時効時間（所望の粒径を得るための処理時間）が長くなる。したがって、これを回避する処理技術の1つは、十分な数の均一核生成サイトが形成されたら温度をわずかに上げることである。PFZを最小限に抑えるもう1つの技術は、不純物元素を導入することである。不純物元素は空孔と強く相互作用し、材料中の空孔のより均一な分布を可能にする。^{[ 10 ] [ 5 ] [ 11 ]} 1つの例としては、 Al合金にMgを導入することが挙げられる。 ^{[ 3 ]}

周期強化（CS）は、材料を室温で機械的に繰り返し押したり引いたりするプロセスであり、微細な析出物が微細構造全体に均一に分布します。^{[ 12 ]}このプロセスはPFZを導入せずに強化効果を達成できるため、従来の析出硬化合金の代替として提案されています。