2018 Fiscal Year Annual Research Report
Modeling and simulation on mechanical properties of high entropy alloys
| Project Area | High Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity |
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| Project/Area Number |
18H05453
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
尾方 成信 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20273584)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
都留 智仁 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (80455295)
下川 智嗣 金沢大学, 機械工学系, 教授 (40361977)
久保 百司 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90241538)
青柳 吉輝 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70433737)
弓削 是貴 京都大学, 工学研究科, 准教授 (70512862)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ハイエントロピー合金 / 力学特性 / 計算材料科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、計画班および領域全体の目標達成に向けて以下の研究を実施した。①ハイエントロピー合金の臨界分解せん断応力と平均二乗原子変位との関係の原子モデリングによる解析、②大規模第一原理計算によるハイエントロピー合金の転位芯構造解析、③ハイエントロピー合金の粒界に関する原子シミュレーション、④ハイエントロピー合金の応力腐食割れに関する反応分子動力学シミュレーション、⑤双晶誘起塑性モデリングおよび結晶塑性シミュレーション、⑥ハイエントロピー合金の不規則構造の数理と短範囲規則度の統計力学
以上の研究により、次のことが明らかになるかもしくは達成された。①ハイエントロピー合金の力学的特性を決定する重要因子の一つである臨界分解せん断応力が原子半径の違いに起因する平均二乗原子変位によって決定されていることを解明、②BCC構造を有するハイエントロピー合金のらせん転位の転位芯構造の解明、③ハイエントロピー合金の粒界付近の原子構造と原子半径比との関係、および、粒界の転位源としての特性と粒界を構成する原子種との関係の解明、④ハイエントロピー合金の応力腐食割れの原子論解析を実施するための解析手法の構築、⑤ハイエントロピー合金において双晶変形によって生じる塑性変形を連続体レベルで記述する双晶変形誘起塑性モデルを用いた有限要素解析の構築、⑥ハイエントロピー合金の原子構造に内在する短距離規則度の数理的特徴抽出
これらの成果により、ハイエントロピー合金結晶およびその中に存在する格子欠陥の特徴が明らかになり、力学特性および腐食メカニズムの解明に向けた基礎的知見が獲得できた。また、今後の発展的解析に必要な解析ツール、モデリング手法、理論を手に入れることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り、ハイエントロピー合金結晶およびその中に存在する格子欠陥の特徴が明らかになり、力学特性および腐食メカニズムの解明に向けた基礎的知見が獲得できている。また、今後の発展的解析に必要な解析ツール、モデリング手法、理論を手に入れることができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ハイエントロピー合金が力学負荷を受けた際に活性化してハイエントロピー合金の力学応答を支配すると予想される格子欠陥（転位、双晶・相変態、点欠陥、粒界など）の核生成、運動、拡散、腐食反応を、初年度に開発した時間スケール拡張手法を用いて電子・原子論から第一原理的に解析する。解析は様々な応力・温度・腐食環境下で実施し、特に電子・原子構造変化、活性化自由エネルギー変化を解析することで様々な応力・温度・腐食環境下におけるこれら素過程（欠陥の核生成、運動、拡散、腐食反応）の発生頻度の応力・温度依存性を調べるとともに、その電子・原子論的起源を明らかにする。これらの素過程は単独に発生するのではなく、なだれのように集団的・協調的に発生することが予想される。そこで分子動力学解析を用いてこれらの素過程の集団的挙動からその統計的振る舞いを獲得し、そのモデル化を開始する。随時、A01班、A03班から提供されるミクロな観察実験との比較による解析結果の妥当性の検証や、解析結果の各班への提供を行い、計算・理論・実験の三位一体で研究を前進させる。得られた知見を集約して広い温度・応力域、様々な腐食環境で欠陥場の発展を記述する力学特性マップの構築を開始する。
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