First-principles modeling for dislocation motion of HEA alloys

ハイエントロピー合金の転位運動に関する第一原理計算モデリング

都留 智仁   ; 板倉 充洋  ; 弓削 是貴*; 青柳 吉輝*; 下川 智嗣*; 久保 百司*; 尾方 成信*

Tsuru, Tomohito; Itakura, Mitsuhiro; Yuge, Koretaka*; Aoyagi, Yoshiteru*; Shimokawa, Tomotsugu*; Kubo, Momoji*; Ogata, Shigenobu*

ハイエントロピー合金(HEA)は結晶構造をもつ単相または多相の合金であり、主要な構成元素をもたず5種類またはそれ以上の等原子分率の組成を有している。このような状況では、変形挙動は従来の固溶強化機構では説明することができないため、変形の基礎的な機構はわかっていない。本研究では、第一原理計算を用いて体心立方(BCC)構造を有するHEA合金の転位挙動に関して検討を行った。クラスター展開に基づくSpecial quasirandom structures (SQS)を用いて、高濃度不規則固溶体を構築して、MoNbTaVWの組成を有する原子モデルに対して転位芯構造を導入した。第一原理計算の結果、局所的な変位が小さいMoNbTaVWでは、純BCC金属で見られる転位構造と同様の転位芯構造を有することがわかった。一方、その運動は純BCC金属と異なり、転位芯構造の化学的に無秩序さを反映して、Peierlsポテンシャル面が複雑に変化することがわかった。

High entropy alloys (HEAs) are chemically complex single- or multi-phase alloys with crystal structures. There are no major components but five or more elements are included with near equiatomic fraction. In such a situation, deformation behavior can no longer be described by conventional solid solution strengthening model. Some HEAs, indeed, show higher strengthening behavior and anomalous slip. However, the mechanisms of these features have yet to be understood. In the present study, we investigate the core structure of dislocations in BCC-HEAs using density functional theory (DFT) calculations. We found that core structure of a screw dislocation is identified as is the case with common BCC metals. On the other hand, dislocation motion should be different from pure BCC metals because of chemical and configurational disorder around dislocation core. We confirmed the specific feature of dislocation motion in HEAs by two-dimensional Peierls potential surface.