金属ガラスの変形・破壊の分子動力学シミュレーション:局所格子不安定性による検討

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本研究では,金属ガラスの変形・破壊のメカニズム解明を目的として,分子動力学を用いて種々のシミュレーションを行うとともに,各原子位置における原子弾性剛性係数の正値性という独自の視点(局所格子不安定性解析)から議論することを試みている.昨年度までの検討で,局所格子不安定性解析による新たな知見を多数得ることが出来たものの,降伏などの巨視的な系の応力-ひずみ応答と系および局所の弾性剛性係数の変化とを直接的に結びつけることは容易ではなかった.そこで本年度は,Ni単元系アモルファスについて,全原子を不安定原子とそれ以外の安定原子とに分け,それぞれの応力平均の変化を見ることによって,アモルファス金属における安定,不安定原子の力学状態ならびに役翻について検討した.不安定原子の平均応力は,安定原子のそれより常に大きく,大きく変形している弱い部分であると解釈できること,流動変形へ遷移するまでの複雑な応力-ひずみ応答がこの不安定原子の横方向強度の異方性に起因していることなどを明らかにした.すなわち,構造の幾何学関係では見いだすことのできないアモルファス中の「欠陥」を,局所格子不安定解析により明らかにすることが出来る.続いて,球状の価電子分布を持つNiとの比較として,電子分布に方向性を持ち共有結合(ボンド)的な性質を有するAlの単元系アモルファスについても同様に検討した.不安定原子の系全体における割合変化を検討した結果,Ni単元系アモルファスでは不安定原子が増加して変形を吸収するのに対して,Al単元系では,不安定原子が減少することによって変形を吸収していることを明らかにした.すなわち,NiとAlいずれも動径分布関数などの構造解析ではアモルファスと判断されても,変形メカニズムがまったく異なることを局所格子不安定性解析によって明らかにした.