The Effect of hydrogen atoms on the screw dislocation mobility in bcc iron; A First-principles study

bcc鉄らせん転位移動度への水素の影響の第一原理計算

板倉 充洋  ; 蕪木 英雄; 山口 正剛   ; 沖田 泰良*

Itakura, Mitsuhiro; Kaburaki, Hideo; Yamaguchi, Masatake; Okita, Taira*

原子力材料は長年の中性子照射によって硬化する。これは金属材料が折れることなく曲がる塑性変形が、照射による材料変化によって阻害される現象であるが、これを解明するには塑性のメカニズムを原子スケールで明らかにする必要がある。それには塑性変形を担う転位線と呼ばれる格子欠陥の動きがどのように照射損傷により阻害されるを知る必要があり、これは実験で直接観察できないので大規模な量子計算が必要になる。本発表では量子計算によって初めてこの転位の移動阻害メカニズムを明らかにしたので報告する。大規模な計算が必要という課題の解決にあたっては、新たに考案した多階層計算手法を用い少ない原子数で多数の原子での計算に相当する精度を出すことを可能にしたことが上げられる。これによって転位の運動阻害プロセスを定量的にモデル化することが可能となり、照射硬化をシミュレーションで定量評価するための道が開けたと言える。

The interaction between dislocations and impurity atoms in metals determines various properties of plastic deformation, such as the dependence of the yield stress on the impurity contents. Since the direct observation of atomistic structure of screw dislocation is almost impossible, several hypothetical assumptions have been employed to explain conveniently experimental observations. Recent advancement of computational hardware, as well as the development of elaborated techniques to reduce the size-effect in the first-principles calculation, enabled direct calculations of dislocation-impurity interaction. We have succeeded to evaluate the effect of hydrogen atoms on the dislocation mobility in iron.