合金の複雑な構造をパラメーター無しで予測――新手法「第一原理フェーズフィールド法」を開発

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横浜国立大学は2019年8月1日、物質・材料研究機構と共同で、航空機ジェットエンジンのタービンなどに使用されるNiAl合金の複雑な微細構造を、さまざまなNiとAlの混合比に対して一切のパラメーターを使用せずに、物理の基本法則のみから正確に予測することに成功したと発表した。

研究では、ナノスケール(第一原理計算)からマクロスケール(フェーズフィールド)まで異なるスケールの計算手法を、ポテンシャル繰り込み理論とクラスター展開理論を併用し、階段的な自由エネルギー関数を求め、パラメーター無しに元素分布を求める新手法「第一原理フェーズフィールド法」を開発した。

同手法は多元合金に応用可能だ。今後は、鉄鋼材料やその他の多元合金の第一原理フェーズフィールドシミュレーションにより、微細構造と局所応力分布の組成比依存性を計算し、それぞれの特徴を明らかにするという。

これにより、今まで経験則でのみ議論されてきた鉄鋼材料や、その他の合金の本質が解明される。その結果、強度や靭性、延性、塑性、軽量性などの特性を最大限に実現できる合金をいち早く設計する理論予測技術になるとしている。

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