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金属腐食反応を対象としたメカノケミストリー加速分子動力学シミュレータの開発

金属腐蚀反应机械化学加速分子动力学模拟器的开发

基本信息

批准号：
19K15318
负责人：
宮崎成正
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K15318/
关键词：
腐食水素脆化分子動力学法計算科学

项目摘要

金属材料において塑性変形と化学反応が相互作用し生じる応力腐食割れや孔食は低荷重での予期せぬ事故につながりうるため、腐食メカニズムの理解を通じた安全管理が求められ腐食メカニズムの理解を通じた安全管理が求められる。本研究課題では金属材料の応力腐食割れといった現象を解析対象として、ReaxFFの化学反応力場かつ変形場のもとで転位・不整合界面・多結晶粒界および酸化被膜といった金属材料の欠陥付近での原子論的振る舞いを解析可能なモデリング手法および解析手法の構築に取り組んだ。モデリングに関する取り組みとして、百ナノメートルサイズの微細な結晶粒を定量的に再現した多結晶粒界のモデリングのため１億原子以上のサイズのモデルを構築可能な計算環境を整備した。また高温高圧水環境において金属表面において厚さ1~2ナノメートル程度の酸化被膜をモデリングする手法を獲得した。解析手法として、粒界といった材料欠陥を再現した超大規模モデルを対象として大容量メモリを扱いつつ高速で解析可能なシミュレータを作成した。また鉄・ニッケル・クロム合金といった合金元素と水素・酸素といった元素との化学反応を再現可能な多体原子間のReaxFFパラメータを作成した。これらのモデリング手法およびシミュレータを用いて、多結晶チタンにおける応力腐食割れ現象を解析した結果、表面の酸化被膜と内部金属と粒界面の境界より割れが発生することで粒界割れを引き起こすことを明らかにした。またFeNiCr合金における応力腐食割れ現象を解析した結果、表面の酸化に伴い発生した水素が粒界に沿って合金内部に侵入することで粒界付近での局所的な相変態を伴う塑性変形が生じることを明らかにした。

Metal material plastic deformation chemical reaction interaction force decay cutting pore food low load prediction accident accident understanding safety management understanding of decay safety management This research topic is to analyze the phenomenon of metal material corrosion and decomposition, to analyze the possibility of metal material corrosion and decomposition, to analyze the structure of chemical reaction field. For example, if the number of particles in the crystal layer exceeds 100 million atoms, the calculation environment may be prepared. In high temperature and high pressure water environment, the thickness of metal surface is 1~2, and the degree of acidification coating is obtained. Analysis techniques allow the reproduction of grain boundaries and material defects, and the creation of ultra-large-scale objects with large-capacity and high-speed analysis is possible. The chemical reactions of the alloying elements and the elements can be reproduced in the multi-atomic space. The analysis of corrosion phenomenon of polycrystalline silicon film and internal metal particle interface results in the formation of boundary separation. Analysis of corrosion phenomena in FeNiCr alloys results in the acidification of the surface, the formation of water elements along the grain boundary, the invasion of the grain boundary, the phase change of the grain boundary, and the formation of plastic elements along the grain boundary