Effect of alloying elements on grain boundary sliding in magnesium binary alloys; Experimental and numerical studies

マグネシウム二元系合金における合金元素の粒界すべりへの影響;実験と数値計算による検討

染川 英俊*; 都留 智仁   

Somekawa, Hidetoshi*; Tsuru, Tomohito

マグネシウム合金における合金元素の粒界すべりへの影響を実験と第一原理計算によって検討した。ナノインデンテーションの実験から、粒界すべりに関係する緩衝能力やひずみ速度依存性が合金元素の添加によって大きく異なることが確認された。合金元素の粒界への影響に関して、第一原理計算を用いて粒界エネルギー変化を求め実験と比較した結果、得られた粒界エネルギーは緩衝能力と相関関係があることがわかった。また、これらの粒界特性の変化は第一原理計算による電子状態解析から合金元素の粒界における化学的性質によって特徴づけられることがわかった。

The effect of alloying elements on grain boundary sliding was systematically investigated using several binary magnesium alloys via both experimental and numerical methods. The alloying element clearly affected damping properties related to grain boundary sliding, as measured by nanoindentation tests. The properties, such as damping capacity and strain rate sensitivity, apparently depended on grain boundary characteristics, i.e., the grain boundary energy. By increasing and decreasing the grain boundary energy, the alloying element was found to play a role in enhancing and suppressing grain boundary sliding, respectively. First-principles calculations revealed that lithium element had a weak bonding to magnesium due to a few operation of electric orbit. On the other hand, rare-earth elements exhibited relatively strong bonding to magnesium, because of electron interactions with the first nearest neighbor site, and tended to prevent grain boundary sliding.