Molecular dynamics simulation of grain boundary behaviours in nanocrystalline materials

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本研究では，分子動力学法シミュレーションを基に，ナノ結晶金属材料の粒界特性向上のための原子論的知見を得ることを目的としている．具体的にタービンブレードや原子炉など高温環境下で発生して材料強度低下の原因となる正四面体様転位（スタッキングフォルトテトラヘドラ，SFT）や空孔クラスターと粒界の相互作用を系統的に解析し，これらの効率的な除去方法を確立する．特にこれまであまり議論されてこなかった正四面体様転位や空孔クラスターどうしの相互作用やこれらが粒界形状・強度に及ぼす影響を考察し，俯瞰的な立場からナノ結晶金属材料の粒界特性向上のための原子論的知見を得ることを目指している．2019年度は，2018年度までに行ってきた研究結果を総括し論文発表を行った．具体的にはまずSFTや空孔クラスターどうしの相互作用に関して，空孔サイズと粒界傾角との相関関係を明らかにしたが，この知見を当該分野の主流な雑誌であるActa Materialia(IF=7.293)にて公表した．またコヒーレント双晶，非コヒーレント双晶を有する系の変形挙動を解析し，それぞれの双晶粒界まわりの転位の発生と塑性変形の関係性を明らかにし，この内容をMechanics of Materials(IF=2.958)にて公表した．さらにこれまでに得られた知見を基に，ハイエントロピー合金の多結晶体の力学特性を考察し，平均粒径と力学強度におけるinverse hall petchの関係性を見出した．この結果を従来合金の特性と比較し，変形中のハイエントロピー合金粒界近傍の原子挙動を明らかにした．これらの知見をまとめた論文は現在投稿中である．