Atomistic modeling of He embrittlement at grain boundaries of -Fe; A Common feature over different grain boundaries

鉄粒界におけるヘリウム脆化の原子論的モデリング; 粒界種にかかわらない共通の性質

鈴土 知明   ; 山口 正剛   ; 都留 智仁   

Suzudo, Tomoaki; Yamaguchi, Masatake; Tsuru, Tomohito

金属材料に導入されたヘリウム原子は粒界破壊の原因となり、その影響を調べることは将来の核融合炉設計にとって非常に重要である。この論文では、第一原理計算手法と経験ポテンシャルによる手法を相補的に用いて、ヘリウムの鉄粒界への偏析による粒界強度の低下を議論した。その結果、粒界強度に関する重要な指標である粒界凝集エネルギーが、ヘリウムの粒界面での濃度のみに依存し、粒界種に依存しないこと見出した。これはすべての粒界種について調査する必要がないことを示唆しており、材料設計にとって重要な結果である。

He atoms introduced to materials may lead them to intergranular fracture, and understanding such an effect is a key issue for the design of future fusion reactors. In the present study, we investigated the decrease of grain boundary (GB) strength caused by He segregation at several kinds of -Fe GBs by exploiting the first principles calculations and a set of empirical potentials. We found enough evidence to support the notion that the GB cohesive energy, a critical measure of GB strength, approximately scales with the He concentration at the GB surface, regardless of the GB type.