合金材料中の析出メカニズム解明のための時間拡張モデリング手法の構築

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本研究課題では，原子スケールの空間解像度を保ちつつ，長時間プロセスを追うことのできる普遍的な時間拡張モデリング手法を確立するために，Diffusive Molecular Dynamics (DMD)法を2種以上の元素が混在した多元合金材料へと拡張し，その析出現象への有効性を示すことを目的とする．本年度はDMD法を用いてニッケル-アルミニウム(Ni-Al)合金中の転位周囲でのAl偏析過程の解析を行なった．その結果，5%程度までの低濃度では転位の周囲においてAl原子の偏析が生じることを確認した．また，5%以上の濃度ではさらに，部分転位の転位芯近傍からNi原子とAl原子が規則的に配置されたL12規則構造が析出し成長する様子が観察された．これは，前年度に検証した状態図における規則相と固溶体相の境界によく一致している．さらに，これらのDMD法を用いた析出解析に基づき得られたAl原子濃度分布をもとにNi母相中にAl原子を配置し，パイエルス応力を算出した．比較のため，原子を無作為にAl原子に置換したランダム固溶体モデルでもパイエルス応力を算出した．その結果，DMD法により得られた濃度分布に基づくモデルではランダム固溶体モデルと比べ高い応力を示した．これは，転位周囲でのAl原子の偏析，規則相の析出による局所的な組成の変化がパイエルス応力に大きな影響を与えることを示している．このように，DMD法を用いることで原子拡散の時間スケールで進行する析出過程を予測し，局所合金組成の変化とそれによる転位挙動の変化の獲得が可能であることを示した．