第一原理計算によるBCCハイエントロピー合金の転位構造

First-principles study on dislocation core structure in BCC high entropy alloys

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

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

ハイエントロピー合金(HEA)は、5元素またはそれ以上の成分が等原子分率で混合した結晶構造を持つ合金として定義される。HEAでは、特異な変形機構によって、強化の促進や強度と延性の両立などの優れた機能の創出が期待されている。しかし、局所的な原子変位などの影響により強度が向上することなどが分かっているが、詳細な機構は明らかになっていない。本研究では、とりわけ高い強度を示すことが知られているBCC構造を持つHEAを対象として、2種類のHEAについて、第一原理計算を用いて転位構造に関する特徴について検討を行った。MoNbTaVWとZrNbTaTiHfを対象として、第一原理計算によって転位芯構造を評価した結果、局所所変位の小さなMoNbTaVWでは純BCC金属の転位芯と同様に、転位芯近傍の3つの原子が転位のBurgersベクトルをほぼ均一に持つことが確認される。一方、ZrNbTaTiHfでは、各原子の局所変位により、転位構造は転位芯近傍の元素の影響を受けて位置によって大きく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.