マグネシウムc+aらせん転位の第一原理計算

First-principles calculations of c+a screw dislocations in Mg

板倉 充洋  ; 蕪木 英雄; 山口 正剛   ; 都留 智仁   

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

燃料被覆管に使われるジルコニウムなどの六方晶金属は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。近年様々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ている。本課題はこれまで鉄の転位の第一原理計算を行ってきた経験を活かし、代表的六方晶金属であるマグネシウムについて企業との連携で研究を開始したものである。本研究では実験において観測されていて塑性改善の鍵となると考えられている錐面転位の性質を初めて第一原理計算により調べ、その原子構造や移動プロセスを解明することに成功した。これは複雑な原子配置を限られた数の原子を用いて再現する工夫を数学的、物理的知見に基づいて開発したことによる成果である。この結果は、六方晶金属の塑性改善のために、これら錐面転位を活性化するような添加元素を計算の立場から発見することで指針を与える可能性を生み出したものである。

Fuel cladding in nuclear reactors are made of Zirconium alloy, which has hexagonal crystal structure. Because of the low symmetry of the structure, hexagonal metals are known to have poor ductility and formability, and identification of alloying effect and irradiation effect on the ductility of these metals are currently very important subject. The present study concentrate on the pyramidal dislocations in Mg, which is a typical hexagonal metal suitable for the model studies. The pyramidal dislocations plays a key rolein the ductile deformation and understanding its nature is essential to improve the ductility of the material. The present study revealed for the first time the structure and migration process of the pyramidal dislocations, opening a way to design an alloy of better ductility based on the computational predictions.