Grain boundary plasticity in Mg binary alloys by segregation of p-block element

pブロック元素の偏析によるMg二元合金の粒界塑性

染川 英俊*; 都留 智仁   ; Singh, A.*

Somekawa, Hidetoshi*; Tsuru, Tomohito; Singh, A.*

微細粒組織を有するMg二元合金の押出成形において、p-ブロック元素(Ga, Ge, In)の添加が粒界組織と室温機械的応答に及ぼす影響を評価した。Mg-Ga合金とMg-In合金では粒界偏析が確認されたが、Mg-Ge合金ではそのような溶解性に関連した微細構造は見られなかった。これらの粒界偏析は、Mg-Ga合金とMg-In合金の塑性変形に影響を与えた。特に、Mg-In合金はひずみ速度依存性が大きく、低ひずみ速度領域で良好な変形性を示した。このことは、粒界すべりが塑性変形に寄与したことを示している。第一原理計算により、p-ブロック元素は結晶粒界において結合を弱める効果をもたらし、結晶粒界における原子間距離は元素によって異なることが示された。粒界における結合の弱化は、一般に粒界破壊をもたらす要因になるため靱性を低下させることが多いが、粒内の塑性変形能が低いMgにおいては、変形時の粒界滑りの寄与を高めることで延性を向上させる正の効果を生じることが明らかになった。

The effect of p-block elements (Ga, Ge and In) addition on grain boundary structures and room temperature mechanical responses was investigated on extruded Mg binary alloys with fine-grained structures. Grain boundary segregation was confirmed in the Mg-Ga and Mg-In alloys, whereas the Mg-Ge alloy did not show such microstructures associated with solubility. Grain boundary segregation affected the plastic deformation of the Mg-Ga and Mg-In alloys. In particular, the Mg-In alloy had a large strain rate dependency and exhibited good deformability at low strain rate regimens. First-principles calculations indicated that p-block elements produce a bond-weakening effect at grain boundaries, and atomistic distances at grain boundaries varies according to the element. Solute atom which brings about both bond-weakening and bond-expansion effects to Mg atoms is effective in enhancing the contribution of grain boundary sliding in deformation.