| 研究課題/領域番号 |
15K06429
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 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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| 研究実績の概要 |
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。
前年度に引き続き、分子動力学シミュレーションによって、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、それぞれの鉄のΣ3(111)対応傾角粒界への偏析プロセスを詳細に考察した。その結果、リンを輸送するそれぞれの欠陥は粒界に達することができず、粒界から1ナノメートル程度の範囲において、リン原子は安定な置換型リン原子となり、鉄の格子間原子や空孔が粒界に吸収されることが明らかとなった。この現象は、粒界の熱ゆらぎに加え、粒界近傍のひずみによるエネルギーの安定性の変化に起因することが分子静力学シミュレーションから分かった。さらに、限定的ではあるが、このひずみの影響は、分担研究者による第一原理計算によっても確認された。今回得られた結果は、粒界リン偏析過程の従来考えられているシナリオの修正を示唆するものである。
この結果に基づき粒界におけるリンのトラップ・デトラップ過程をモデル化し、拡散レートモデルに組み入れることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
粒界近傍でのリンの挙動の分子動力学での考察に時間を費やしたため、粒界でのリンのトラップ・デトラップ過程の拡散レートモデルへの組み込みへの着手が遅れたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
粒界でのリンのトラップ・デトラップ過程を組み入れた拡散レートモデルを使い、粒界リン偏析を計算し、粒界偏析量、偏析エネルギー、粒界周辺でのリン分布について考察する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
(理由)
H29年度において、当初は計画していなかった分子動力学法を用いたリン粒界偏析過程の考察に時間を割いたことから、H29年度に予定していた国内及び国際会議等への参加の一部や計算結果の保存用ハードディスクの購入等をH30年度に変更することとしたため次年度使用額が生じることとなった。
(使用計画)
国内及び国際会議等への参加、計算結果の保存用ハードディスクの購入に使用予定
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