分子動力学とKMC方法を用いたチタン合金のスネーク緩和挙動のシミュレーション

本研究は、分子動力学とMonte-Carlo計算を組み合わせで行い、βチタン合金の制振挙動(制振ピークの温度とプロフィール)を原子レベルでシミュレーションし、合金の制振挙動に影響する原子間相互作用や合金添加の影響などを把握し、βチタン型制振合金の設計原理を確立することを研究目的である。H21年度ではKMCとMD連立計算手法の適用性をすでにポテンシャル関数が提案されているFe-C合金系において確認した。そのなかで、安定な格子間原子の存在確率を求めるために扱う原子数の影響や計算精度に及ぼす温度効果は検討した。H22年度では、Fe-C合金で得た計算条件を利用し、Nb-OとNb-Ti-O合金系のシミュレーションに適用した。1)EAM方法によってTi、Nb金属元素のポテンシャル関数を確定し、格子定数などの実験結果で関数式の精度など確認した。しかし、Nb-OやNb-Ti-O合金系のポテンシャル関数を確定するには酸素原子が高いelectronegativityを示すためEAM手法自体の改良が必要となり、続きの検討を行っている。2)創製合金の制振挙動を裏付けするために第一原理計算手法を用いてTi-Nb-O合金の制振挙動に及ぼす第三合金元素、Al, Pt, Zr, Sn, V, Ta, Moの添加効果を調査した。その結果、Al、Ta以外の合金添加は酸素の拡散熱活性エネルギーを向上し、Snoek緩和制振ピークが高温シフトさせ、ピーク広がりを狭くさせる。逆に、AlやTa元素の添加はβチタン制振合金の制振挙動の向上に期待されることを示唆した。関連する研究結果は引き続き纏めて発表する予定がある。

本研究は、分子動力学とMonte-Carlo計算を組み合わせで行い、βチタン合金の制振挙動(制振ピークの温度とプロフィール)を原子レベルでシミュレーションし、合金の制振挙動に影響する原子間相互作用や合金添加の影響などを把握し、βチタン型制振合金の設計原理を確立することを研究目的である。H21年度ではKMCとMD連立計算手法の適用性をすでにポテンシャル関数が提案されているFe-C合金系において確認した。そのなかで、安定な格子間原子の存在確率を求めるために扱う原子数の影響や計算精度に及ぼす温度効果は検討した。H22年度では、Fe-C合金で得た計算条件を利用し、Nb-OとNb-Ti-O合金系のシミュレーションに適用した。1)EAM方法によってTi、Nb金属元素のポテンシャル関数を確定し、格子定数などの実験結果で関数式の精度など確認した。しかし、Nb-OやNb-Ti-O合金系のポテンシャル関数を確定するには酸素原子が高いelectronegativityを示すためEAM手法自体の改良が必要となり、続きの検討を行っている。2)創製合金の制振挙動を裏付けするために第一原理計算手法を用いてTi-Nb-O合金の制振挙動に及ぼす第三合金元素、Al, Pt, Zr, Sn, V, Ta, Moの添加効果を調査した。その結果、Al、Ta以外の合金添加は酸素の拡散熱活性エネルギーを向上し、Snoek緩和制振ピークが高温シフトさせ、ピーク広がりを狭くさせる。逆に、AlやTa元素の添加はβチタン制振合金の制振挙動の向上に期待されることを示唆した。関連する研究結果は引き続き纏めて発表する予定がある。