転位による強化メカニズムの解明に向けた伸線加工の分子動力学解析

摘要

塑性加工法の一種である伸線（引抜き）加工は，線材をダイスに繰返し通すことで，超高強度で細径な線材を作製することが可能である．この加工を用いて作製される素材は，橋梁用部品や血管カテーテルなど部品材料として，幅広い分野の製品に使用されている．近年では，部品の小型化，軽量化に伴い，細径化や高機能化された極細線の実現が求められている(1)．現在，伸線の加工限界が数μm 径程度といわれており，ナノメートルオーダーの線材の実現も近いと考えられる(2)．しかし，ナノワイヤの引張や圧縮などの基礎的な力学の研究が多く，作製原理の研究は皆無である．また，金属が塑性変形する際に「転位」という現象が起きる．一般的に，転位が粒界や転位同士の絡み合うことにより運動が抑制され，金属材料の高強度化につながると考えられている．そして，転位運動のメカニズムを理解することは，材料の機械的性質を知るうえで重要となる．一般的に転位の観察は，X 線回折などを用いた方法で実験的に行われている．しかし，局所的な範囲の観察に限定され，転位ネットワーク全体の動的な挙動の観察は不可能である．そこで，結晶構造を忠実にモデル化でき，動的な転位挙動の観察が可能な分子動力学法（MD 法）を用い，結晶方位やサイズへの依存性，温度条件の影響から転位による強化メカニズムの解明を行う．