FCC構造を利用したチタン合金の第一原理計算による設計

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K22470
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 河野 翔也 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (60878429)
• 研究期間 (年度): 2020-09-11 – 2023-03-31
• キーワード: 第一原理計算 / チタン / 合金 / 添加元素 / シミュレーション / 積層構造

研究成果の概要

本研究ではチタン合金におけるFCC構造の利用のために、HCPとFCC構造の積層から構成されている長周期積層構造の形成の可能性について調査した。第一原理計算を使用して、チタン合金中に添加された異なる元素による結晶構造のパラメーターとエネルギー変化を解析した。計算結果からSi, Ge, Cu, Y, Pd, Agが長周期積層構造の形成を促進する元素であることが分かった。Ti合金においてHCP構造中に上記元素がその一部に濃化したものの合成ができると、長周期積層構造の形成の可能性があることが第一原理計算を通して明らかとなった。

自由記述の分野

材料工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

チタン合金は航空、医療、自動車産業などで広く使用されており、その強度と耐熱性をさらに向上させることは、材料科学の進歩とさまざまな産業への応用にとって重要です。本研究により、適切な添加元素を用いることで長周期積層構造の形成が可能であることが示されました。長周期積層構造の形成はマグネシウム合金の性能を向上させる要因になっています。それがチタン合金で形成すると、既存の材料よりも高性能になることが期待されます。材料の軽量化やエネルギー効率の向上など、チタン合金の性能向上は社会的な持続可能性に寄与します。