2022 Fiscal Year Annual Research Report
Materials design of high-entropy alloys accelerated by synergistic combination of computational thermodynamics and simulation of phase transformations
| Project Area | High Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity |
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| Project/Area Number |
18H05454
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小山 敏幸 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (80225599)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大谷 博司 公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, フェロー (70176923)
陳 迎 東北大学, 工学研究科, 教授 (40372403)
及川 勝成 東北大学, 工学研究科, 教授 (70356608)
阿部 太一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (50354155)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 状態図 / 拡散 / 第一原理計算 / 計算熱力学 / 拡散係数 / 機械学習 / 逆問題 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
クラスター展開法およびモンテカル計算に基づきCo-Cr-Ni三元系の規則-不規則変態を解析した結果、fcc単相固溶体領域内に規則構造が関与する複雑な相平衡が隠されていることを明らかにし、HEAにおいて規則化によるドメイン形成が転位運動の抵抗として作用する可能性を示した（大谷、榎木）。機械学習を援用して第一原理電子状態計算に基づく解析結果を拡大し、網羅的に広い組成域における原子の局所変位量、磁気モーメント、および自由エネルギーを予測した結果、従来知られていたHEAよりも優れた力学特性また磁気特性を発現する合金組成候補を見出した。これはHEAの諸特性を計算と機械学習から推定する新たな方法論の確立を意味する（陳、Tran Nguyen Dung）。
HEA状態図の実験的検証に関しCo-Cr-MnおよびFe-Cr-Mn 三元系におけるσ相領域を系統的に決定するとともに、σ相の格子定数の組成依存性を明らかにした。また典型的なハイエントロピー効果として、相分離もしくは規則化傾向の強い多成分系の等組成近傍において、単相や多彩な規則構造（副格子濃度で、様々に分類できる規則構造）が出現することを、計算熱力学に基づき見出した（阿部、韓、大沼、小山）。さらに多成分系の熱力学DB活用法に関して、粒界偏析の計算モジュールを作成・公開した（及川、上島、阿部、小山）。
多成分系の拡散解析に関して、Fe-Co-Mn系、Cr-Mn-Co系、Fe-Cr-Mn系、Ni-Mn-Cr系、およびCo-Cr-Mn系に対し、拡散対にて相互拡散係数の測定を行うとともに、Fe-Co-Mn系とCr-Mn-Co系について拡散易動度パラメータを決定した。また拡散対濃度プロファイルを用いた逆問題手法による材料パラメータ推定については、機械学習ツールであるPyTorchと自動微分を活用した計算モジュールを構築した（小山、及川、上島）。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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