過冷却液体ならびにアモルファスの応力下におけるダイナミックスと力学的挙動

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08226207
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 相原 智康 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00231100)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川添 良幸 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30091672)
• Keywords: アモルファス / 分子動力学法 / 超冷却液体 / Zr / Ni / 引張変形 / 粘弾性挙動 / 塑性変形

Research Abstract

Zr-Ni系アモルファスならびに液体合金の引張変形についての分子動力学シミュレーションを行った.液体急冷により作成したナノサイズのZr_<67>Ni_<33>アモルファス合金ロッドを,引張軸のみ周期的境界,他は自由表面の条件で,定歪速度・一定温度で一軸引張変形させた.初期には弾性変形し,その後,均一塑性変形,不均一塑性変形する.このような粘性流動的挙動は,実験的においても,アモルファス合金破面のベインパターンとして観察されている.変形の各過程における,個々の原子の運動状態を動画により解析すると,塑性変形時における原子のダイナミックスは,静的な状態でのアモルファスならびに液体とも異なることがわかる.塑性変形時の流動応力は,アモルファスから平衡液体までの広い温度領域にわたって,温度の一次の関数であり,アモルファス状態での弾性係数は温度に依存しない.
また,液体の相分離の分子動力学シミュレーションを,Lennard-Jonesポテンシャルを用いて行った.相分離により生成した不均一構造においては,サイトポテンシャルエネルギーは界面で大きく,ドメイン内部では小さい.スナップショットでみた場合の界面構造は,シャープであるが,サイトポテンシャルエネルギーでみられる界面構造は,約1.2nmの厚さを有する.ドメインのサイズが小さい場合には,界面間の相互作用が働くために,ドメインサイズによって成長則が変化する原因となる.原子レベルでの応力エネルギー分布は,垂直応力ならびにせん断応力の各成分とも,ドメイン構造との相関は認められない.しかしながら,応力エネルギーテンソルの不変量であるvon Mises表記は,界面において小さくドメイン内部においては大きな値を示し,相分離界面近傍においては,液体としての原子の振舞が抑制されていることを示している.

Research Products

• [Publications] T. Aihara, Jr. , Y. Kawazoe, T. Masumoto: "Molecular dynamics simulation of phase separation in Lennard-Jones Liquids" Sci. Rep. RITU. 41・2. 89-96 (1996)
• [Publications] T. Aihara, Jr. , Y. Kawazoe, T. Masumoto: "Molecular dynamics study of structural and dynamical properties of ZrxNi100-x (x=0〜100) amorphous and liquid alloys" Sci. Rep. RITU. 42・1. 57-63 (1996)
• [Publications] T. Aihara, Jr. , T. Masumoto, Y. Kawazoe: "Molecular dynamics study of ZrxNi100-x (x=0〜100) liquid and rapidly quenched amorphous alloys" Proceedings of the international centre for heat and mass transfer symposium on molecular and microscale heat transfer in materials processing and other applications, Yohohama, (1996).189-198 (1996)
• [Publications] T. Aihara, Jr. , Y. Kawazoe, T. Masumoto: "Molecular dynamics study for diffusion process in amorphous and supercooled liquid Zr67Ni33 alloys" Mater. Sci. Eng. B37. 201-204 (1996)
• [Publications] T. Aihara, Jr. , Y. kawazoe, T. Masumoto: "Molecular dynamics simulation for binary amorphous Zr-Ni alloys" J. Non-Cry. Solids. 205/207. 875-878 (1996)
• [Publications] T. Aihara, Jr. , Y. kawazoe: "Molecular Dynamics Study on Microstructure in Phase Separated Binary Lennard-Jones Liquid" Prog. Theoretical Phys. Sup.126. in press 4 (1997)
• [Publications] T. Aihara, Jr. Editor : Y. Kawazoe: "Formation of amorphous alloys (Book Section, Title) Phase diagrams and physical properties of nonequilibrium alloys, Landolt-Bornstein, Numerical data and functional relationship science and technology, GroupIII Vol. 37A, (1997), Springer, pp. 13-19" Springer (Germany), 295 (1997)