2017 Fiscal Year Research-status Report
計算科学的手法とマイクロ材料試験によるマグネシウム合金の変形機構解明
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17K06052
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
松中 大介 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (60403151)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 異種原子間ポテンシャル / 第一原理計算 / マグネシウム合金 / ナノインデンテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マグネシウムは実用金属中で最も軽量で，比強度・比剛性が高いことから，有望な軽量材料の候補として注目されているが，室温域における延性や破壊じん性が低く，成形性に劣ることが，マグネシウム材料の幅広い実用化のための課題となっている．本研究では，原子論的・電子論的な計算力学的アプローチとマイクロスケールの実験力学的アプローチの両側面からマグネシウムの変形機構を解明し，それぞれの変形の素過程に対する合金元素の効果を明らかにすることで合金設計のための知見を得ることを目的とする．
固体の変形挙動を解析するために分子動力学法のような原子レベルの解析は強力な手法であり，合金系の解析には異種原子間のポテンシャルが必要不可欠である．合金系に対するEAMポテンシャルやGEAMポテンシャルにおける異種原子間の2体間相互作用を検討した．Alの置換エネルギーと底面すべりの一般化積層欠陥エネルギーに関して第一原理計算の結果と比較を行ったところ，従来から広く用いられてきたJohnsonの形式と相乗平均は適切にAl置換の影響を考慮できず，相加平均は定性的に表現できることがわかった．
微小スケールでの変形挙動を調べるために，純Mgに対するナノインデンテーション実験を行った．押込み面の結晶方位によって加重-変位関係の初期段階に見られるpop-in挙動も異なる．この方位依存性を調べるために分子静力学解析を行い，押込み面によって欠陥の生成が異なることを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画ではマイクロピラーの押込み試験を共同研究者の装置を使用させてもらい実施する予定であったがフラット圧子の破損のために実施できていない．しかし，同じ微小スケールで材料の機械的特性を評価するナノインデンテーション試験を実施し，原子論的解析と連携することで，そのインデンテーション下の変形挙動を明らかにすることができており，目的としていた微小スケールの実験力学的アプローチからの知見を得ることに成功している．また，計算面で当初計画していた事項に関してはほぼ予定どおり実施されている．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画にしたがって，各変形機構に対するエネルギー論的評価と欠陥間相互作用の原子論的解析を進める．それらの解析に対して，平成29年度に検討した合金系に対するEAMポテンシャルを用いることで合金元素の効果を検討する．また，機械学習を援用してさらに高精度な合金系の原子間ポテンシャルの開発も図る．実験面では，平成29年度に純Mgに対して行ったナノインデンテーションを合金材料に対して実施し合金元素の影響を調べる．
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| Causes of Carryover |
当初計算機増強ノードの導入を予定していたが他の予算で購入した計算機を本研究での計算に使用することができるようになったため．
残額は次年度の大型計算機利用枠を増加させた場合の追加の負担金と実験装置の使用料に計上する予定である．
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