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化学反応を考慮した超大規模1億原子シミュレーションによる材料破壊の学理構築

通过考虑化学反应的超大规模一亿原子模拟建立物质破坏理论

基本信息

批准号：
19J21195
负责人：
陳茜
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

これまで化学反応を含む材料破壊のシミュレーション手法を、本年度さらに発展させ、材料加工分野に拡張した。Zr合金は優れた耐食性及び低熱膨張率を有するため、宇宙・航空及び化学工業分野の高温環境下における構造材料として使用されている。しかし、高温かつ水蒸気環境ではZr合金が酸化を起こし、大量のH2分子と熱を放出することによって致命的な破壊につながることが問題となっている。これに対して、Zr合金の酸化を防ぐために物理蒸着法(PVD)を用い、CrをZr合金の表面にコーティングする技術が活用されている。高い接合強度を求めるためには、Cr原子がZr基板に侵入することによってZr-Crが固溶する層の形成が望ましい。しかし、実験的には、原子レベルでのCr原子の侵入プロセスのその場観察は困難であることから、分子動力学シミュレーションの活用が有効である。そこで、反応力場に基づく分子動力学法に基づくPVDシミュレーションを可能とし、Zr基板上においてCrの運動エネルギーがCrの侵入プロセスに与える影響を検討した。Cr原子の運動エネルギーがそれぞれ10 eV、20 eV、30 eV、40 eV、50 eV、100 eVのシミュレーションを行なった。照射速度はCr原子の質量と運動エネルギーから算出した。シミュレーションの結果、Crの運動エネルギーが10 eVの時、CrはZr基板に侵入しないことがわかった。次に、Crの運動エネルギーが20 eVと30 eVの時、Cr原子はZr基板の表面から1層目に侵入した。さらにCrの運動エネルギーが40 eV、50 eV、100 eVの時、CrはそれぞれZr基板の2層目、3層目と5層目に侵入した。これより、運動エネルギーが20 eV以下では、CrはZr基板の内部に侵入しないため、接合強度を向上するには、20 eV以上の照射エネルギーが必要であることが明らかにされた。

This year, the development of chemical reactions and the development of new technologies for the production of chemical materials have been carried out. Zr alloys have excellent food resistance and low thermal expansion, and are used as structural materials in high temperature environments in the aerospace and chemical industries. The high temperature, high water vapor environment, Zr alloy acidification, large amounts of H2 molecules, heat release, fatal damage, and other problems. The physical vapor deposition (PVD) method for the prevention of acidification of Cr and Zr alloys is used. High bonding strength, Cr atoms and Zr substrate intrusion, Zr-Cr solid solution layer formation It is difficult to investigate the field of Cr atom intrusion into the system, and the application of molecular dynamics is very important. The influence of Cr on the motion of Zr substrate was studied by molecular dynamics method. The Cr source's operating conditions are 10 eV, 20 eV, 30 eV, 40 eV, 50 eV and 100 eV. The irradiation speed is calculated by the mass and motion of Cr atoms. As a result, Cr and Zr substrates were invaded by Cr and Zr when Cr and Zr were moved to 10 eV. Second, Cr atoms move between 20 eV and 30 eV, and Cr atoms invade the surface of Zr substrate. The Cr motion spectrum is 40 eV, 50 eV, 100 eV, Cr is 2 layers, 3 layers and 5 layers of Zr substrate. For example, if the movement is below 20 eV, the Cr and Zr substrates are invaded, and the bonding strength is above 20 eV, the irradiation is necessary.

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Graphitization Dynamics of DLC under Water Lubrication Revealed by Molecular Dynamics Simulation

分子动力学模拟揭示水润滑下 DLC 的石墨化动力学

DOI：
10.2477/jccj.2019-0001
发表时间：
2019
期刊：
Journal of Computer Chemistry, Japan
影响因子：
0
作者：
Jing ZHANG;Yang WANG;Qian CHEN;Yixin SU;Jingxiang XU;Yusuke OOTANI;Nobuki OZAWA;Koshi ADACHI;Momoji KUBO
通讯作者：
Momoji KUBO

反応力場分子動力学法に基づくCr/Zrの界面構造の解明

基于反应力场分子动力学方法解析Cr/Zr界面结构

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
陳茜;久保百司
通讯作者：
久保百司

Reactive Molecular Dynamics Simulations of Wear and Tribochemical Reactions of Diamond like Carbon Interfaces with Nanoscale Asperities under H2 Gas: Implications for Solid Lubricant Coatings

DOI：
10.1021/acsanm.0c01775
发表时间：
2020-07-24
期刊：
ACS APPLIED NANO MATERIALS
影响因子：
5.9
作者：
Wang, Yang;Su, Yixin;Kubo, Momoji
通讯作者：
Kubo, Momoji

降伏前駆現象における純鉄の相転移に関する分子動力学シミュレーション

纯铁屈服前体现象相变的分子动力学模拟

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Delfan Azari Milad;Yamada Shoichi;Morinaga Taiki;Nagakura Hiroki;Furusawa Shun;Harada Akira;Okawa Hirotada;Iwakami Wakana;Sumiyoshi Kohsuke;梶浦大起，松本眞，奥田隆幸;陳茜，王楊，大谷優介，尾澤伸樹，久保百司
通讯作者：
陳茜，王楊，大谷優介，尾澤伸樹，久保百司

Reactive Molecular Dynamics Simulations on Fracture and Degradation of Steels", the 5th EMN Meeting on Computation and Theory

钢断裂和降解的反应分子动力学模拟”，第五届EMN计算与理论会议