原子・電子論的解析による粒界偏析メカニズムの解明と評価法の構築

• 研究課題/領域番号: 21760090
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 都留 智仁 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力基礎工学研究部門, 研究員 (80455295)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2010年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2009年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 材料設計 / プロセス / 物性 / 評価 / 粒界偏析 / 不純物クラスター / Bragg-Williams近似 / 不純物拡散 / 状態遷移解析 / 粒界拡散

研究概要

原子・電子シミュレーションを用いて,多様な粒界構造や不純物元素に関して粒界偏析メカニズムを調査するとともに,粒界偏析の包括的な評価法の構築を行った.不純物の評価にはフェライト系ステンレスを対象として,マトリクス中に含まれる多様な不純物についてBragg-Williams近似に基づく偏析傾向を予測する手法を提案し,不純物の粒界偏析による自由エネルギー変化についても検討を行った.その結果,銅やマンガンは析出した状態が安定であるが,ニオブやタンタルは固溶状態が安定であるという結果を得た.偏析傾向が第一隣接間に広がるd-軌道間の相互作用に起因していることを定量的に示した.

研究成果

• [雑誌論文] Minimum energy motion and core structure of pure edge and screw dislocations in aluminum (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Kaji, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Journal of Computational Science and Technology 4-3 ページ: 185-193
  • NAID: 130000333750
  • 査読あり
• [雑誌論文] Incipient plasticity of twin and stable/unstable grain boundaries during nanoindentation in copper (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Kaji, D.Matsunaka, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Physical Review B 82 ページ: 24101-24101
  • 査読あり
• [雑誌論文] α-Fe中でのCu 析出物の相変化と障害物強度への影響に関する原子論的検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 都留智仁・阿部陽介・加治芳行・塚田隆・實川資朗
  • 雑誌名: 材料 第59巻第8号 ページ: 583-588
  • NAID: 130000301820
  • 査読あり
• [雑誌論文] First principles study on elastic properties and phase transition of NpN (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Shibata, T.Tsuru, M.Hirata, Y.Kaji
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 401 ページ: 113-117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-empirical prediction of impurity segregation in alpha-Fe from first principles (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, C.Suzuki, Y.Kaji, T.Tsukada
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 107 ページ: 61805-61805
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoscale contact plasticity of crystalline metal : Experiment and analytical investigation via atomistic and discrete dislocation models (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Kaji, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Acta Materialia 58 ページ: 3096-3102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-empirical prediction of impurity segregation in alpha-Fe from first principles (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, C.Suzuki, et al.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Incipient plasticity of twin and stable/unstable grain boundaries during nanoindentation in copper (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Kaji, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minimum energy motion and core structure of pure edge and screw dislocations in aluminum (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Kaji, et al.
  • 雑誌名: Journal of Computational Science and Technology 巻: 4 ページ: 185-193
  • NAID: 130000333750
  • 査読あり
• [雑誌論文] α-Fe中でのCu析出物の相変化と障害物強度への影響に関する原子論的検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 都留智仁・阿部陽介, 他
  • 雑誌名: 材料 巻: 59 ページ: 583-588
  • NAID: 130000301820
  • 査読あり
• [雑誌論文] First principles study on elastic properties and phase transition of NpN (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Shibata, T.Tsuru, et al.
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 401 ページ: 113-117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hierarchical computational approaches of the effects of interstitial and vacancy loops on the plastic deformation (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Aoyagi, et al.
  • 雑誌名: Proceedings of MRS 2010 Fall Meeting 巻: (in print)
• [雑誌論文] Grain Boundary Characteristics Evaluation by Atomistic Investigation Methods (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Kaji, T.Tsuru, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Proceedings of MRS 2009 Fall Meeting (掲載決定)
• [雑誌論文] Ab initio calculations of Fe-Ni clusters (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Nakazawa, T.Igarashi, T.Tsuru, Y.Kaji
  • 雑誌名: Computational Materials Science 46 ページ: 367-375
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hierarchical computational approaches of the effects of interstitial and vacancy loops on the plastic deformation
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Aoyagi, Y.Kaji
  • 雑誌名: Proceedings of 2010 MRS Fall Meeting
• [雑誌論文] Grain Boundary Characteristics Evaluation by Atomistic Investigation Methods
  • 著者名/発表者名: Y.Kaji, T.Tsuru, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Proceedings of 2009 MRS Fall Meeting.
• [学会発表] Atomistic modeling of dislocation-grain boundary process (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru
  • 学会等名: Seminar on Mechanical Science and Bioengineering
  • 発表場所: Osaka university
  • 年月日: 2010-10-28
• [学会発表] Atomistic simulations of strain localization in irradiated polycrystalline metals (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Kaji, et al.
  • 学会等名: The 5th International Conference on Multiscale Materials Modeling
  • 発表場所: Freiburg, Germany.
• [学会発表] Atomistic Simulations of Stress Concentration and Dislocation Nucleation at Grain Boundaries (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Kaji, et al.
  • 学会等名: Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications and Monte Carlo 2010
  • 発表場所: Tokyo, Japan.
• [学会発表] Hierarchical computational approaches of the effects of interstitial and vacancy loops on the plastic deformation (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Aoyagi, Y.Kaji
  • 学会等名: 2010 MRS Fall Meeting, Nov.29
  • 発表場所: Bost on, MA, USA.
• [学会発表] 照射欠陥の機械的特性への影響に関する原子論的検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 都留智仁・加治芳行
  • 学会等名: 日本機械学会第23回計算力学講演会
  • 発表場所: 北見工業大学
• [学会発表] Atomistic simulations of strain localization in irradiated polycrystalline metals (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Kaji, et al.
  • 学会等名: The 5th International Conference on Multiscale Materials Modeling
  • 発表場所: Freiburg, Germany
• [学会発表] Atomistic Simulations of Stress Concentration and Dislocation Nucleation at Grain Boundaries (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Kaji, et al.
  • 学会等名: Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications and Monte Carlo 2010
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Hierarchical computational approaches of the effects of interstitial and vacancy loops on the plastic deformation (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Aoyagi
  • 学会等名: 2010 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, MA, USA
• [学会発表] First principle calculations of solution stability of solute element in reduced activation ferritic steel (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Abe, et al.
  • 学会等名: 14th International Conference on Fusion Reactor Materials
  • 発表場所: Sapporo, Japan.
• [学会発表] 原子・電子および転位論的手法による粒界特性評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 都留智仁・加治芳行・塚田隆・渋谷陽二
  • 学会等名: 日本機械学会第22回計算力学講演会
  • 発表場所: 金沢
• [学会発表] Grain Boundary Characteristics Evaluation by Atomistic Investigation Methods (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Kaji, T.Tsuru, Y.Shibutani
  • 学会等名: MRS 2009 Fall Meeting, Nov.30-Dec.4
  • 発表場所: Boston, MA, USA.
• [学会発表] First principle calculations of solution stability of solute element in reduced activation ferritic steel (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuru, Y.Abe, et al.
  • 学会等名: 14th International Conference on Fusion Reactor Materials
  • 発表場所: Sapporo, Japan
• [学会発表] 原子・電子および転位論的手法による粒界特性評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 都留智仁・加治芳行・塚田隆・渋谷陽二
  • 学会等名: 日本機械学会 第22回計算力学講演会
  • 発表場所: 金沢
• [学会発表] Grain Boundary Characteristics Evaluation by Atomistic Investigation Methods (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Kaji, T.Tsuru, Y.Shibutani
  • 学会等名: MRS 2009 Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, MA, USA
• [備考]
  • URL: http://nsedwww.tokai-sc.jaea.go.jp/fme/index.htm
• [備考]
  • URL: http://nsed.jaea.go.jp/fme/group3/group3_index.htm
• [備考]
  • URL: http://nsedwww.tokai-sc.jaea.go.jp/fme/index.htm