分子動力学に基づく非平衡・動的界面物性導出と合金組織形成過程の原子論的理解

基于分子动力学和合金结构形成过程的原子理解推导非平衡/动态界面特性

基本信息

批准号：
20J23028
负责人：
上野健祥
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和4年度では，メタダイナミクスを用いた融解エントロピーの温度依存性について取り組んだ．令和3年度では，メタダイナミクスを用いることで純ニッケルおよび純鉄どちらも温度が上がるにつれ融解エントロピーは増加する正の相関の温度依存性が得られていたが，令和4年度ではギブス-ヘルムホルツの式を用いることでも純ニッケルおよび純鉄に対して融解エントロピーの温度依存性の導出を試みた．その結果，2つの手法による融解エントロピーの温度依存性がほとんど一致することを明らかにした．ギブス-ヘルムホルツの式を用いる場合，2つ以上の温度において融解エンタルピーの温度依存性の結果を線形フィッティングすることにより融解エントロピーの温度依存性が導出できる一方で，メタダイナミクスを用いる場合，１つの温度だけで直接的に融解エントロピーを導出できフィッティングによる影響を受けないのが利点である．そして，その内容について学会で口頭発表した．また，ランダムにCr原子を配置したFe-Cr合金の固相において，Metropolis Monte Carlo法により局所的クラスターが固相内に形成するが，ランダムにCr原子を配置した場合と比べ，Fe-Cr合金固液共存系の固液界面移動速度にほとんど変化がないことを明らかにした．また，従来のMD計算で導出が困難である自由エネルギーやエントロピーに起因する高温物性値の導出手法を確立した上で，合金材料固液界面物性および固液界面エネルギーの温度依存性を解明し，金属材料固液界面物性の起源について原子論の立場より明らかにしたこれまでの研究を博士論文として総括した．

2020 年，我们利用元动力学研究了熔化熵的温度依赖性。在2021财年，通过使用元动力学，得到了正相关的温度依赖性，其中纯镍和纯铁的熔化熵随着温度的升高而增加，但在2020财年，吉布斯-亥姆霍兹我们也尝试推导熔化的温度依赖性使用该方程计算纯镍和纯铁的熵。结果表明，通过两种方法获得的熔融熵的温度依赖性几乎相同。当使用吉布斯-亥姆霍兹方程时，熔融熵的温度依赖性可以通过对两个或多个温度下熔融焓的温度依赖性结果进行线性拟合来推导，而当使用元动力学时，熔融熵的温度依赖性可以该方法的优点是可以直接求出熔化熵，不受拟合影响。然后我在一次学术会议上就这些内容做了口头报告。另外，在Cr原子随机排列的Fe-Cr合金的固相中，通过Metropolis Monte Carlo方法在固相中形成局部团簇，但与Cr原子随机排列的情况相比，局部团簇在固相中形成。结果表明，固液共存体系中固液界面运动速度几乎没有变化。此外，我们还建立了利用常规MD计算难以推导的由自由能和熵引起的高温物理性能值的推导方法，并阐明了合金材料固液界面物理性能的温度依赖性这是一篇博士论文，总结了迄今为止从原子理论的角度对金属材料的固液界面物理性质的起源进行的研究。