高機能銅―コバルト系ナノ組織合金の創製と変形機構の解明

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前年度は、電析法によりナノ結晶2相Co-Cu合金な作製し、当該合金が特異な力学特性を有することを明らかにした。また、透過型電子顕微鏡観察の結果、Co結晶とCu結晶の間のCo/Cu異相粒界は乱れた特異構造を有していることがわかり、分子動力学(MD)計算からナノ結晶2相Co-Cu合金の力学特性の特異性は、この乱れた粒界構造からの転位放出に起因することが示唆された。以上を受けて本年度は、ナノ結晶金属において粒界構造が力学特性、さらには材料変形に及ぼす影響に対する知見を深めるために、様々なCo/Cu異相粒界をモデル化し、ナノ結晶2相Co-Cu合金の変形機構について考察した。MD計算の結果、計算した全てのCo/Cu異相粒界において粒界からの転位放出は、Cu側にのみ観察され、Co側には転位は放出しないことが確認できた。また、この転位放出には、粒界構造の乱れの程度によりCo側の原子が移動する場合と移動しない場合の2つのパターンがあり、それにより転位放出のしやすさが異なることがわかった。以上により粒界構造がナノ結晶合金の特性に大きな影響を及ぼすことがわかったため、さらに結晶粒界に対する知見を深めることを目的に、第一原理計算を用いて金属粒界の電子状態解析を行った。代表的な実用材料である鉄、軽量構造材料として期待されるマグネシウムを対象に不純物偏析による粒界脆化機構を調べた。その結果、鉄とマグネシウムは同じ水素という不純物でも異なるメカニズムで粒界が脆くなることを見出した。本研究は、結晶粒界が材料特性を決定する重要な因子であることを明確化するとともに、その粒界が材料特性に及ぼす影響を、実験による解析のみならず計算科学を用いたメカニズム解明まで行った点が意義深い。また、本研究の成果は、これからの金属材料の設計の際の粒界制御について重要な知見をもたらすものであり、新しいナノ組織合金の創製へと応用できるものであると考えている。