| 研究課題/領域番号 |
15074220
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
小野寺 秀博 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料研究所, 所長 (20354144)
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| 研究分担者 |
下野 昌人 独立行政法人物質・材料研究機構, 計算材料科学研究センター, 主任研究員 (30354153)
阿部 太一 独立行政法人物質・材料研究機構, 計算材料科学研究センター, 主任研究員 (50354155)
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| キーワード | 金属ガラス / 会合容態モデル / 短範囲規則度 / 中範囲秩序構造 / ガラス形成能 / MDシミュレーション / 過冷却液相 / 正20面体クラスター |
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| 研究概要 |
化合物形成合金系においては、温度の低下に伴い液相中の短範囲(中範囲)規則構造の発達により、生成エンタルピが大きく低下する。したがって、より正確に臨界冷却速度などのガラス形成能を評価するためには、低温域における熱力学特性を考慮しなければならない。液相中の短範囲規則度を取り扱うことができる会合溶体モデルを用いて、ガラス形成能の高い合金系をして知られているCu-ZrとNi-Zr二元系液相のCLAPHAD法による自由エネルギ関数の熱力学評価を行った。得られた自由エネルギ関数を用いて液相から結晶相の晶出のTTT曲線と臨界冷却速度を求めた結果、両合金系共に、会合溶体モデルにより短範囲規則度の効果を取り入れることで、取り入れていない場合と比べて、結晶化の駆動力、臨界冷却速度共に大きく低下することが明らかとなった。
MD法を用いた解析では、原子サイズ比や混合熱を変化させた種々の合金系につき液相冷却シミュレーションを行ない、過冷却液相中の拡散能や局所構造の変化からガラス形成能やナノ組織形成過程を予測した。まず、ガラス相および過冷却液相の局所構造並びに緩和など動的挙動の解析から、正20面体型クラスター分布の非一様性が中範囲秩序構造の源であること、また充填度の高い液相中では正20面体型クラスター数密度の増加、自由体積の減少、拡散の低下、構造緩和時間の増大という特徴がみられることを示した。これらの特徴は、過冷却液相の充填率からガラス形成能を予測できる可能性を示唆しており、Zr-Al-Cu三元合金系において実験と整合的な結果を得た。また、三元系合金のモデルで、混合熱の組合せを変化させて液相急冷シミュレーションを行い、混合熱の組合せと冷却速度を変えることで、ナノ相分離組織や2相ガラス組織など、新しいタイプのナノ組織の形成を制御できることを示した。
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