2018 Fiscal Year Annual Research Report
Evaluation of the calculation method of grain boundary segregation energy by diffusion rate theory model
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15K06429
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
海老原 健一 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (40360416)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴土 知明 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (60414538)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 粒界脆化 / 粒界偏析エネルギー / 拡散レートモデル / 粒界リン偏析 / 第一原理計算 / 分子動力学法 / キネティックモンテカルロ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
構造材料における元素の粒界偏析エネルギーは粒界脆化機構を理解するうえで重要な物理量であるが、その値が実験による評価と第一原理計算による評価で大きく異なることが指摘されている。本研究では、その違いが実験による評価において粒界近傍の元素分布を適切に考慮していないことに起因するとの考えから、第一原理計算に基づく拡散レート方程式を用い元素の粒界拡散偏析を評価し、その仮説を検証することを目指している。
前年度までにおいて、Σ3(111)対称傾角粒界近傍で、リンと鉄の混合ダンベル、八面体格子間リン原子、リン空孔複合体それぞれの欠陥のリン原子が置換型原子になり、空孔や格子間原子が粒界に吸収されることが分子動力学シミュレーションから明らかとした。本年度は、Σ5(100)対称傾角粒界でシミュレーションを実施し、Σ3の場合と同様の結果が得られた。Σ5はΣ3に比べ熱による揺らぎが小さく、各欠陥のリン原子はより粒界に近い位置で置換型になることが分かった。この結果、粒界近傍での各欠陥の挙動は、Σ3(111)に特有のものではないと思われる。また、粒界におけるトラップ・デトラップ過程を検討し、拡散レートモデルへの組み入れを再考したが、リンのデトラップ過程及び粒界領域内での拡散挙動についての詳細な理解が必要であることが明らかとなった。よって、そのような理解に必要な分子動力学シミュレーションについて検討した。このことから、拡散レート方程式へは、従来考えられているデトラップ過程のモデルを組み入れ、照射誘起粒界リン偏析の温度依存性の計算を試みた。その結果、McLeanの平衡偏析の拡散モデルでみられる高温での偏析量の増大を計算できたが、その妥当性については、さらなる検証が必要と思われる。
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