応力腐食割れ解析用量子分子動力学シミュレータの開発とき裂進展メカニズムの解明

开发用于应力腐蚀裂纹分析和阐明裂纹扩展机制的量子分子动力学模拟器

• 批准号: 17656224
• 负责人: 鈴木 研
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17656224/
• 关键词: 応力腐食割れ; 反応ダイナミクス; 量子分子動力学法

共有メモリマルチプロセッサにおいて並列計算が可能な応力腐食割れ解析用量子分子動力学シミュレータを開発した。高温水環境下におけるオーステナイトステンレス鋼のき裂先端で起こるメカノケミカル反応を原子・分子レベルで明らかにすることを目的とし、本シミュレータを用いて高温水(300℃)環境におけるFe-Cr新生面の反応ダイナミクス解析を行った。反応初期において、H_2O分子はFe-Cr表面上で分解しOHが生成する様子が観察された。その後最表面のCr原子、Fe原子がH_2O領域へ移動、すなわち溶解し始めた。内部のCr原子も最表面へ向かって拡散するため、H_2O界面ではCr原子の濃度が上昇し、H_2O、OHはFeよりも表面及び溶解したCr近傍に配位しやすいことがわかった。Fe/H_2O界面ではH_2OやOH、O原子はFe内部深くまで拡散し、Feが溶解し続ける様子がみられたが、Fe-Cr合金においては、界面に濃縮したCrがH_2O、OHのトラップサイトとして働きH_2O、OHの内部拡散が妨げられるため、Fe溶解の程度が小さくなることが明らかとなった。この結果は、Fe-Cr新生面の酸化反応初期においてはCrリッチな酸化物が生成しやすいという実験事実と定性的に一致すると共に、Cr添加による耐腐食性向上メカニズムを示唆していると考えられる。さらに、本手法を用いて、Ni-Cr合金における原子拡散と欠陥の影響について検討を行ったところ、Ni-Cr(Ni, Cr比3:2)合金内に原子空孔が存在するとNi、Crとも拡散速度が大きくなることが確認された。Crの拡散によって合金内部のCr分布にゆらぎが発生し、Cr欠乏層が形成されると耐食性が著しく低下する可能性がある。現在、Ni基合金の耐食性向上のために様々な元素の添加が試みられているが、このような観点から、Cr拡散を低減させることが可能な添加元素の有効性が示唆された。

Total of メ モ リ マ ル チ プ ロ セ ッ サ に お い て parallel computing が may な 応 force saprophagous cut れ parsing with quantum molecular dynamics シ ミ ュ レ ー タ を open 発 し た. Under high temperature and water environment に お け る オ ー ス テ ナ イ ト ス テ ン レ ス steel の き crack apex で up こ る メ カ ノ ケ ミ カ ル anti 応 を atoms, molecules レ ベ ル で Ming ら か に す る こ と を purpose と し, this シ ミ ュ レ ー タ を with い て high temperature (300 ℃), environmental water に お け る Fe - Cr XinShengMian の anti 応 ダ イ ナ ミ ク ス parsing line を っ た. In the initial stage of 応, にお 応 て て and H_2O molecules で on the surface of Fe-Cr で decompose <s:1> OHが to form する samoons が観 and された. After そ そ, the most surface <s:1> Cr atoms and Fe atoms が in the H_2O field へ move and すなわち dissolve, and then めた begins. Internal の Cr atom も most surface へ か っ て company, scattered す る た め, H_2O interface で は Cr atom の concentration rising が し, H_2O, OH は Fe よ り も surface and dissolve び し た Cr nearly alongside に ligand し や す い こ と が わ か っ た. Fe/H_2O interface で は H_2O や OH, O atom は Fe internal deep く ま で company し, Fe が dissolved し 続 け る others child が み ら れ た が, Fe Cr alloy に お い て は, interface に enrichment し た Cr が H_2O, OH の ト ラ ッ プ サ イ ト と し て 働 き H_2O, internal company, OH の が hinder げ ら れ る た め, Fe The degree of resolution is が small さくなる とが とが bright ら となった となった. は こ の results, the Fe - Cr XinShengMian の acidification of the early 応 に お い て は Cr リ ッ チ な acidification content が generated し や す い と い う be 験 things be consistent と qualitative に す る と に, Cr add に よ る corrosion eats up メ カ ニ ズ ム を in stopping し て い る と exam え ら れ る. さ ら に, this technique を い て, Ni - Cr alloy に お け る scattered と atomic company owe 陥 の influence に つ い て 検 line for を っ た と こ ろ, Ni, Cr, Ni, Cr ratio 3:2) alloy に atoms が empty holes exist within す る と Ni, Cr と も company spread speed が big き く な る こ と が confirm さ れ た. Cr の company, scattered に よ っ て internal の Cr alloy distribution に ゆ ら ぎ が 発 し, Cr layer owe spent が form さ れ る と feeding が the し resistance low く す る possibility が あ る. Now eats up resistance, Ni base alloy の の た め に others 々 の な elements add try が み ら れ て い る が, こ の よ う な 観 point か ら, Cr company を low cut さ せ る こ と が may also add elements の な have sharper sex が in stopping さ れ た.

项目成果

Degradation Mechanism Analysis of Structural Materials in Operating Energy Conversion Systems : Computational Chemistry Study

运行能量转换系统中结构材料的降解机制分析：计算化学研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceeding of The 4th International Symposium on Nanotechnology
• 作者: K.Suzuki;H.Ito;M.Kubo;H.Miura;A.Miyamoto;T.Shoji
• 通讯作者: T.Shoji