第一原理計算及び分子動力学法によるマグネシウムaらせん転位の交差滑りの計算

First-principles and molecular dynamics study on the cross-slips of a screw dislocation in Mg

板倉 充洋  ; 山口 正剛   ; 蕪木 英雄; 都留 智仁   

Itakura, Mitsuhiro; Yamaguchi, Masatake; Kaburaki, Hideo; Tsuru, Tomohito

マグネシウムは軽量で強度があるため、構造材料としての高いポテンシャルを有しているが結晶構造の対称性の低さから特定の方向にのみ変形する性質があり加工が困難である。それゆえ、近年はさまざまな元素を添加することでこの性質を改善する研究が各国において産学連携で進められ競争状態にある。そのような状況の下、当該課題は、これまで鉄の転位の第一原理計算を行ってきた所属研究室の経験や知見を活かすことが可能であり、実際にマグネシウムを必要とする企業との連携の下、研究が始まった。その結果、従来マグネシウムの変形を担う転位の性質は、その安定構造が第一原理計算で求められていたのみで、その移動の性質は不明であったが、本研究により、転位の構造とその移動を同時にコントロールする手法が新たに開発され、移動に必要なエネルギーを構造変化を考慮に入れた計算が可能となった。計算により得られた事実は、必要なエネルギーの大部分は構造変化のエネルギーであり、構造変化した後は転位が容易に移動することである。これにより、転位の構造を変える添加元素を見つけることで変形しやすい新合金を開発する可能性があることがわかった。

The Peierls stress of the prismatic slip in Mg single crystal is order of magnitude higher than that of the basal slip, resulting in highly anisotropic plasticity and low workability. To design Mg-based alloy with an improved workability, it is crucial to identify and model the correct prismatic slip behavior based on the first-principles method. In the present work, the migration pathway between split screw dislocations which are spread on two adjacent basal planes is identified using first-principles method and drag method. The line tension energy of a kink configuration is also calculated based on the lattice Green function method in first-principles calculations.