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論文

Interfacial segregation and fracture in Mg-based binary alloys; Experimental and first-principles perspective

都留 智仁; 染川 英俊*; Chrzan, D. C.*

Acta Materialia, 151, p.78 - 86, 2018/06

 被引用回数:19 パーセンタイル:6.61(Materials Science, Multidisciplinary)

溶質元素による金属の破壊現象を理解するため、Mg合金に対して実験と破壊力学理論と第一原理計算の連携による検討を行った。Mg二元系合金の破壊を極めて脆性的であると仮定し、粒界や双晶境界の破壊をエネルギーベースの基準で評価することによって第一原理計算を有効に適用することを可能にした。また、化学結合が破壊に寄与する影響を詳細に検討し、IIIBやIVB族元素が破壊抵抗を向上する効果を有することを体系的に明らかにした。これまでに知られていない元素であるZrが破壊靱性を向上させるという実験結果とよく一致しており、計算科学を用いた元素戦略による材料設計が有効であることを示した。

論文

Effect of alloying elements on grain boundary sliding in magnesium binary alloys; Experimental and numerical studies

染川 英俊*; 都留 智仁

Materials Science & Engineering A, 708, p.267 - 273, 2017/12

 被引用回数:14 パーセンタイル:20.43(Nanoscience & Nanotechnology)

マグネシウム合金における合金元素の粒界すべりへの影響を実験と第一原理計算によって検討した。ナノインデンテーションの実験から、粒界すべりに関係する緩衝能力やひずみ速度依存性が合金元素の添加によって大きく異なることが確認された。合金元素の粒界への影響に関して、第一原理計算を用いて粒界エネルギー変化を求め実験と比較した結果、得られた粒界エネルギーは緩衝能力と相関関係があることがわかった。また、これらの粒界特性の変化は第一原理計算による電子状態解析から合金元素の粒界における化学的性質によって特徴づけられることがわかった。

論文

Effect of crystal orientation on incipient plasticity during nanoindentation of magnesium

染川 英俊*; 都留 智仁; Singh, A.*; 三浦 誠司*; Schuh, C. A.*

Acta Materialia, 139, p.21 - 29, 2017/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:34.35(Materials Science, Multidisciplinary)

ナノインデンテーションにおけるポップイン挙動は転位の活動によって生じるため、結晶方位に強く影響する。我々はマグネシウムに対するナノインデンテーションに対する実験と分子動力学計算によって方位の影響を詳細に検討した。実験によるインデンテーションから、底面の押込みにおけるポップイン荷重とそれに付随した変位は柱面への押込みより大きくなることがわかり、原子シミュレーションによる荷重-変位関係からも同様の結果が得られた。これらの方位による違いは、押込みによって生成される転位のタイプによって特徴づけられ、柱面のポップインは押込み軸に垂直な底面すべりによって生じる一方、底面では押込み方向の変位を生成しない底面すべりだけでなく錐面上に転位が生成されるためであることがわかった。

論文

Effect of twin boundary on crack propagation behavior in magnesium binary alloys; Experimental and calculation studies

染川 英俊*; 都留 智仁

Scripta Materialia, 130, p.114 - 118, 2017/03

 被引用回数:11 パーセンタイル:27.82(Nanoscience & Nanotechnology)

マグネシウムのき裂進展挙動に対する合金元素の影響と{10$$bar{1}$$2}型の双晶境界における原子レベルの挙動について、実験と計算によって検討した。その結果、実験から合金元素が明確にき裂進展挙動に影響することがわかった。計算によって、閉殻な軌道を銀や亜鉛などの合金ではマグネシウムの双晶境界を強化する傾向があることがわかった。

論文

Material design for magnesium alloys with high deformability

染川 英俊*; 山口 正剛; 大澤 嘉昭*; Singh, A.*; 板倉 充洋; 都留 智仁; 向井 敏司*

Philosophical Magazine, 95(8), p.869 - 885, 2015/02

 被引用回数:17 パーセンタイル:23.03(Materials Science, Multidisciplinary)

マグネシウム合金は軽量だが室温における変形能が低い。いくつかの添加元素が延性を改善することが知られているが、よりよい添加元素が求められている。第一原理計算から非底面すべりを活性化する元素を探索した結果、その原子半径と電気陰性度によって、よりよい添加元素を判別できるという予測が立てられた。実験の結果は計算の予測と一致し、CaとSrなどがマグネシウムの延性を改善することが分かった。計算科学を援用した材料開発が実現可能であることを示唆する結果である。

口頭

合金元素の変形と破壊への影響に関する第一原理計算

都留 智仁; 染川 英俊*; 板倉 充洋; 山口 正剛

no journal, , 

マグネシウムは次世代の構造材料として大きなポテンシャルをもっており、様々な構造部材への適用が期待されているが、六方晶構造に起因した欠点を持っている。破断伸びが著しく小さいことが知られているが、これは塑性変形の異方性と双晶境界における破断によるものと考えられる。近年、一部の合金元素の添加によって塑性のびが大きく向上することが報告されているがそのメカニズムは明らかになっていない。そこで、マグネシウムを含む構造材料として用いられるいくつかの六方晶金属の転位芯構造を第一原理計算によって正確に求め、転位運動について検討を行った。その結果、合金元素と転位芯の相互作用が変形挙動に大きな影響を与えることを示した。さらに、双晶境界における合金元素の影響を評価し、希土類などの一部の合金元素はマグネシウムの非底面の転位運動を促進することに加えて界面強化をもたらすことが明らかになった。

口頭

First-principles study on effects of alloying elements on deformation and fracture

都留 智仁; 染川 英俊*; 山口 正剛; 板倉 充洋; Daryl, C.*

no journal, , 

MgやTiなどの六方晶合金は軽量や比強度の観点から様々な構造部材への適用が期待されているが、六方晶構造からくる塑性異方性のため破断伸びが著しく小さいことが知られている。近年、希土類元素などの合金化によって変形特性が大きく向上することが報告されているがその要因は明らかになっていない。そこで、我々は、構造材料として用いられるいくつかの六方晶金属の転位芯構造を第一原理計算によって正確に求め、転位運動について検討を行った。その結果、合金元素と転位芯の相互作用が変形挙動に大きな影響を与えることを示した。さらに、双晶境界における合金元素の影響を評価し、界面強化をもたらす元素について検討を行った。

口頭

第一原理計算と実験によるMg合金の界面破壊に関する研究

都留 智仁; 染川 英俊*

no journal, , 

Mg合金の破壊現象を理解するため、実験と第一原理計算の連携による検討を行った。Mg二元系合金の破壊を極めて脆性的であると仮定し、粒界や双晶境界の破壊をエネルギーベースの基準で評価することによって第一原理計算を有効に適用する方法を提案した。また、化学結合が破壊に寄与する影響を詳細に検討し、Zrなどの元素が破壊抵抗を向上する効果を有することを体系的に明らかにした。計算によって得られた破壊靱性を向上させる効果が期待できるZrやAgは実験結果とよく一致しており元素戦略による材料設計が有効であることを示した。

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