2014 Fiscal Year Annual Research Report
LPSO構造形成に対するフェーズフィールド解析
Publicly Offered Research
| Project Area | Materials Science of synchronized LPSO structure -Innovative Development of Next-Generation Lightweight Structural Materials- |
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| Project/Area Number |
26109709
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小山 敏幸 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80225599)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | フェーズフィールド法 / シミュレーション / 相変態 / Mg合金 / 長周期積層構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
相変態・析出の分野において、LPSO構造形成は、"相"と"組織"の境界領域に位置する現象であると推察され、本メカニズムの解明・理解は材料学的に非常に意義深い。本研究は、LPSO構造形成のメカニズムを、フェーズフィールド法の枠組みにて理解することを目的とし、LPSO構造を"相"とみなしたモデル化を行った（なお比較モデルとして、"組織"とみなした解析も別に行っている点を記しておく）。以下、成果について説明する。
LPSO相形成メカニズムの解釈に、ポリマーアロイ分野の相形成シミュレーション（クラスタ相互作用を陽に考慮したモデル）を適用し、２次元モデル解析を行った結果、以下の結論を得た（LPSO相形成過程を、fccクラスタをベースとした組織形成モデルにて記述している点に注意されたい）。【クラスター相間に斥力相互作用を設定した場合】：(1)高組成合金では、ある程度均一なスピノーダル分解が生じた後クラスタ間の反発相互作用によってクラスタが相対的に６角配置を取るように自己組織化していく。(2) 低組成合金では、一つのクラスタの隣に新しいクラスタが自己触媒的に順次核形成し最終的に整った６角配置の組織となる。【クラスター相間に引力相互作用を設定した場合】：(3) 高組成合金では、ある程度均一なスピノーダル分解が生じた後オストワルド成長を伴いながらクラスタ間の引力相互作用にて６角配置の組織が形成される。(4) 低組成合金では、クラスタ形成の早い領域にてクラスタのコロニーが形成され、その後クラスタの移動によりコロニー間の隙間が埋まり均一な６角配置組織となる。当該分野における先行研究から、規則fccクラスタ間の相互作用が斥力であっても引力であっても、自己組織化したクラスタの集合組織すなわちLPSO相が形成され得ることが実験および理論計算によって示唆されており、本結果はこの知見に一致するものである。
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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
H26年度の研究計画の8割程度は達成できたが、研究計画の最終項目に設定した、実際のMg-Y-Zn系に直接対応した解析が、完全に終了できなかった。現在、Mg-Y-Zn系におけるfcc相およびhcp相のギブスエネルギー関数データを曲線近似し、当該シミュレーションプログラムに適用して解析を順次行っている段階である。この遅れは、本計算理論の構築と計算の安定化条件の設定に、予定外に時間を費やしたことが原因であるが、ここで問題となった点（特に計算安定化条件の設定）はすでに解消済みであるので、研究全体としては、若干の遅れはあるものの、内容的には順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
H26年度において、LPSO相形成メカニズムの解釈に、ポリマーアロイ分野の相形成シミュレーション（クラスタ相互作用を陽に考慮したモデル）を適用し２次元モデル解析を行った結果、個々のクラスタが集団的に自己調整しながら相の安定状態が形成されていくこと、またこの形成ダイナミクスは、面内の平均組成に大きく依存することが示された。H27年度は、当該モデルの３次元化を試みるとともに、実際の合金系(Mg-Y-ZnやMg-Gd-Alなど)に対応させ、より定量的なモデルを構築し、LPSO相形成メカニズムの解明をさらに前進させる。
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