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2014 年度 実施状況報告書

電子・原子論に基づく応力下における材料の経年腐食現象の予測モデリング

研究課題

研究課題/領域番号 25630013
研究機関大阪大学

研究代表者

尾方 成信  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20273584)

研究分担者 君塚 肇  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60467511)
譯田 真人  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00550203)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード加速分子動力学法 / 高速モンテカルロ法 / 銅 / 酸化 / マグネシウム / 析出 / フェーズフィールド
研究実績の概要

前年度に開発した分子動力学法の時間拡張手法や高速モンテカルロ法を用いて、結晶欠陥である、粒界や積層欠陥への不純物元素の拡散や析出の解析を実施した。具体的には、銅中酸素原子の粒界への偏析現象を原子レベルでモデル化し、その酸化モデルに力学負荷をかけることで、腐食した銅の破壊メカニズムが温度やひずみ速度または負荷応力によって、拡散によるボイド生成から、転位の運動が引き金となって生じるき裂発生による破壊へと変化することを初めて明らかにした。また、マグネシウム中のアルミニウム、亜鉛、イットリウム元素の2次元積層欠陥部への偏析およびそこでの2次元秩序構造をシミュレートし、原子レベル観察結果ときわめて整合性の高い結果を得るとともに、その形成メカニズムを世界に先駆けて明らかにすることができた。また、これらの知見を導入するフェーズフィールドモデルの基本的な枠組みを構築した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の予定どおり、フェーズフィールド法の枠組みを構築できたのに加え、加速分子動力学法および高速モンテカルロ法を用いて、これまで不明であった、腐食や偏析メカニズムを原子レベルから明らかにすることができ、論文または口頭発表にて社会に発信することができた。

今後の研究の推進方策

加速分子動力学法、高速モンテカルロ法、フェースフィールド法を駆使し、応力下での腐食環境で生じる各種の現象について明らかにするとともに、それらがどのように相互作用して、き裂やボイド形成や成長を促進させ、最終的に破壊を生じさせるのかについて、原理原則より明らかにする。また、最終年度ではあるが、到来が予想される水素社会に向けた今後の研究の発展を考え、水素による遅れ破壊現象についても本研究で構築した各種手法を駆使しつつ、そのメカニズムを原理原則よる明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

フェーズフィールド法のコード開発および実問題の解析を実施するにあたり、大容量メモリーの計算機が必要となる予定であったが、メモリーよりも開発段階では、モデルを精細に表示できる装置を優先的に導入する必要があることがわかり、代わりに本年度ではそれらを導入したため、その差額が生じた。

次年度使用額の使用計画

結果のデーター量が極めて多くなっており、それらを将来の資産として保管活用するために、繰越金を活用して、大容量のファイルサーバーの導入を予定している。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 7件)

  • [雑誌論文] From “smaller is stronger” to “size-independent strength plateau”: towards measuring the ideal strength of iron2015

    • 著者名/発表者名
      Wei-Zhong Han, Ling Huang, Shigenobu Ogata, Hajime Kimizuka, Zhao-Chun Yang, Christopher Weinberger, Qing-Jie Li, Bo-Yu Liu, Xi-Xiang Zhang, Ju Li, Evan Ma, Zhi-Wei Shan
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 27 ページ: 3385-3390

    • DOI

      DOI: 10.1002/adma.201500377

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Atomistic investigation of the vacancy-assisted diffusion mechanism in Mg ternary (Mg-RE-M) alloys2015

    • 著者名/発表者名
      M. Fronzi, H. Kimizuka, and S. Ogata
    • 雑誌名

      Computational Materials Science

      巻: 98 ページ: 76-82

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.commatsci.2014.10.053

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] アモルファス金属中に発現する中距離秩序構造の原子論的検討2015

    • 著者名/発表者名
      譯田真人, 渋谷陽二, 尾方成信
    • 雑誌名

      材料

      巻: 64 ページ: 156-162

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.2472/jsms.64.156

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Two-Dimensional Ordering of Solute Nanoclusters at a Close-Packed Stacking Fault: Modeling and Experimental Analysis2014

    • 著者名/発表者名
      H. Kimizuka, S. Kurokawa, A. Yamaguchi, A. Sakai, and S. Ogata
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 4 ページ: 7318-1-7318-9

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1038/srep07318

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 鉄中固溶水素および炭素原子の拡散ダイナミクス2014

    • 著者名/発表者名
      尾方成信
    • 雑誌名

      ふぇらむ

      巻: 19 ページ: 745-750

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 面欠陥を有する銅結晶の酸化と破壊の分子動力学計算2015

    • 著者名/発表者名
      桐原圭吾, 新里秀平, 石井明男, 譯田真人, 君塚肇, 尾方成信
    • 学会等名
      日本機械学会 関西学生会平成26年度学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      京都大学桂キャンパス
    • 年月日
      2015-03-14 – 2015-03-14
  • [学会発表] Adaptive-boost molecular dynamics simulation of thermally activated motions of crystal imperfections2014

    • 著者名/発表者名
      S.Ogata, A.Ishii, Y-.J. Wang
    • 学会等名
      The 9th General Meeting of ACCMS-VO
    • 発表場所
      Okinawa, Japan
    • 年月日
      2014-12-19 – 2014-12-21
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属材料における拡散と変形の原子論的解析2014

    • 著者名/発表者名
      尾方成信
    • 学会等名
      CMRI研究会
    • 発表場所
      東北大学金属材料研究所
    • 年月日
      2014-11-11 – 2014-11-11
    • 招待講演
  • [学会発表] Role of intra- and intercluster interactions in solute ordering in dilute Mg alloys: A first-principles study2014

    • 著者名/発表者名
      H. Kimizuka, K. Matsubara, and S. Ogata
    • 学会等名
      2nd International Conference of Young Researchers on Advanced Materials (IUMRS-ICYRAM2014)
    • 発表場所
      Haikou, China
    • 年月日
      2014-10-24 – 2014-10-29
    • 招待講演
  • [学会発表] Mg基LPSO構造における溶質クラスタの自己組織化と2次元規則化の非経験的モデリング2014

    • 著者名/発表者名
      君塚肇
    • 学会等名
      日本金属学会2014年秋期講演大会・公募シンポジウムS6「シンクロ型LPSO構造の形成メカニズム」
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-24
    • 招待講演
  • [学会発表] 原子論的手法に基づくLPSO型Mg合金における化学的秩序構造の予測2014

    • 著者名/発表者名
      君塚肇
    • 学会等名
      軽金属学会関西支部・関西軽金属サマースクール
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-17
    • 招待講演
  • [学会発表] Atomistic Prediction of Solute Hardening and Softening in Fe-Si Alloys2014

    • 著者名/発表者名
      Masato Wakeda, Hajime Kimizuka and Shigenobu Ogata
    • 学会等名
      IUMRS-ICA 2014
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • 招待講演
  • [学会発表] 第一原理計算による構造予測―LPSO相の安定性と規則度―2014

    • 著者名/発表者名
      君塚肇
    • 学会等名
      第42回薄膜・表面物理セミナー「構造物性解明へ向けたミクロ.マクロ計測の最前線」(応用物理学会)
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2014-07-25 – 2014-07-25
    • 招待講演

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公開日: 2016-05-27  

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