パーコレーション過程を考慮した複合材料の機能性とその普遍性

考虑渗滤过程的复合材料功能及其通用性

基本信息

批准号：
13750637
负责人：
佐原亮二
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

より現実的なパーコレーションモデルの構築のために、格子振動エネルギー、構成元素の組成依存性を、各々シミュレーションと実験により検討した。本年度は、はじめに格子モデルを用いたシミュレーションを行い、変態に対する格子振動エネルギーの効果について検討を行った。本計算は、従来行われてきた極めて均質性の高いモデル計算と比較して、より現実的な系に対するパーコレーションモデルを構築するために必要不可欠な検証である。そのため、これまでの一連の研究で開発した「ポテンシャル繰り込み法」により、有限温度における格子振動の自由エネルギーを考慮した計算状態図作製を行った。計算状態図のプロトタイプとしても知られているCu-Au系について、科学量論組成からはずれた組成範囲についても相変態温度を評価を行った。その結果、ポテンシャル繰り込みを行わない場合と比較して、変態温度が高精度で実験状態図と一致することを示した。つまり、従来の手法(古典分子動力学法)と比較しても短時間のシミュレーションで、高精度の結果が得られる事を示した。現在は、これを踏まえて、TiおよびTi合金系の無拡散変態(マルテンサイト変態)についてプログラムの拡張を行っているところであるが、最終的な結果が得られるまでには至っていない。一方、実験の立場からは、Ti-Nb、およびTi-Nb-Sn合金を取り上げ、無拡散変態の例としてマルテンサイト変態に注目し、その形態に及ぼす構成元素の組成依存性について検討を行った。添加元素であるNbについては5〜17at.%まで、Snについては0〜8at.%まで各々変化させた合金をアーク溶解炉を用いて作製した。適切な熱処理を施し圧延した試料を用いて、光学顕微鏡観察、結晶構造の同定、変態点の測定を行った。その結果、添加元素が比較的低濃度側においては、α'相、高濃度側においてはβ相を示し、その中間の濃度範囲において実用的と言われるα"相を生成する事が示された。これらの結果については、より高精度で評価する必要がある。現在はマルテンサイト変態の形態に及ぼす格子振動エネルギーの異方性について検討を行っている。

为了构建更真实的渗流模型，分别通过模拟和实验研究了晶格振动能量和组成元素的成分依赖性。今年，我们首先使用晶格模型进行模拟，研究了晶格振动能量对相变的影响。与具有极高同质性的传统模型计算相比，此计算对于为更真实的系统构建渗滤模型至关重要。因此，我们使用之前一系列研究中开发的“势重正化方法”创建了考虑有限温度下晶格振动自由能的计算相图。对于 Cu-Au 体系（也称为计算相图的原型），我们评估了偏离化学计量成分的成分范围内的相变温度。结果表明，与没有电势重正化的情况相比，相变温度与实验相图一致，具有较高的准确性。换句话说，与传统方法（经典分子动力学方法）相比，可以在短时间内获得高精度结果。基于此，我们目前正在扩展Ti及Ti合金系无扩散相变（马氏体相变）的计划，但尚未达到获得最终结果的程度。另一方面，从实验的角度来看，我们以Ti-Nb和Ti-Nb-Sn合金为中心，以马氏体相变作为无扩散相变的例子，研究了组成元素的组成对其形态的依赖性。使用电弧熔炼炉生产添加元素 Nb 和 Sn 的原子百分比从 5 到 17% 和从 0 到 8% 变化的合金。使用经过适当热处理和轧制的样品进行光学显微镜观察、晶体结构的鉴定和相变点的测量。结果表明，在添加元素的浓度较低时显示α'相，在高浓度时显示β相，在中间浓度范围内形成据说实用的α'相。这些结果需要以更高的精度进行评估。目前，我们正在研究晶格振动能量各向异性对马氏体相变形貌的影响。