Novel cross-slip mechanism of pyramidal screw dislocations in magnesium

マグネシウム錐面らせん転位の新奇な交叉すべり機構

板倉 充洋  ; 蕪木 英雄; 山口 正剛   ; 都留 智仁   

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

六方晶金属は結晶構造のため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競争状態にある。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、これを六方晶金属である燃料被覆管ジルコニウムへ応用することを最終目標として同じ六方晶金属であるマグネシウムの複雑な塑性変形機構を解明しようとするものである。今回第一原理計算により、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原子構造や六方晶特有の移動プロセスを解明することに成功した。その結果、錐面転位が拡張したまま低温でも容易に交差滑りを起こすことが分かった。この結果は、これまで知られていなかった新しい交差滑りのメカニズムを発見したものであり、六方晶金属の塑性変形機構解明に大きく貢献するものである。

Dislocations in close packed metals usually dissociate into a planar shape and their slip is confined in the corresponding slip planes. Cross-slip usually requires transformation of the planar dislocation core into a perfect dislocations, which requires high activation energy. Using an extensive DFT calculations, we have found a notable exception to this conventional view. The pyramidal c+a screw dislocation in Mg consists of two partial dislocations connected by a stacking fault, and the stacking fault can migrate perpendicular to the plane by atom shuffling, enabling the dislocation to cross-slip without transforming into a perfect dislocation.