ナノスケールで変化した傾斜構造の物理的・力学的挙動の原始レベルシミュレーション

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ナノスケールで変化した傾斜構造の原子レベルシミュレーションとして,耐熱合金であるNi基超合金中の異相界面に関する分子動力学計算を行った.計算の対象としたのは,L1_2型の金属間化合物Ni_3Al(γ'相)とNi(γ相)との整合界面である.本合金の機械的性質は両相の格子定数の差に依存することが知られている.従来の実験研究においては,種々の合金元素添加によりγ'ならびにγ相の格子定数を変化させることにより,Ni基超合金の特性向上が行われてきた.本研究は,γ'/γ界面の微視的な物理的・機械的特性を理論的に明らかにするとともに,構造制御のための指針の確立を図ることを目的としている.γ'相とγ相が(100)面で直接接合しているNi基超合金の通常の組織を比較のための無傾斜構造とした.構造の傾斜化としては組成分布の変化のみならず格子欠陥の分布も変化させる.すなわち,規則相であるγ'相のAl原子をantisite atom defectとしてNi原子に置き換える.この場合,点欠陥の導入は距離の関数としてランダムに行った.これらの構造に対する分子動力学計算は能勢の温度体積一定のアンサンブルにより行った.結果の時系列データを統計力学的に解析し,原子レベルでの物理量の空間分布を明らかにした.Ni基超合金中の界面近傍での格子定数(歪分布)ならびに応力エネルギー分布をを初めて明らかにするとともに,格子欠陥・組成の分布を傾斜制御することによりγ'/γ界面の微視的な応力エネルギーを低減しうることを見い出した.