材料変形モデルに挑戦する新研究(UC Irvine researchers challenge model governing deformation of materials under stress)

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2025-05-01 カリフォルニア大学アーバイン校(UCI)

材料変形モデルに挑戦する新研究(UC Irvine researchers challenge model governing deformation of materials under stress)
Penghui Cao and Hangman Chen / UC Irvine

カリフォルニア大学アーバイン校(UC Irvine)の研究チームは、金属材料が圧縮応力下で変形する際の「スリップバンド」形成メカニズムに関する従来の理論を覆す新たな発見を報告しました。1950年代に提唱されたフランク=リード理論では、スリップバンドは活性な転位源からの連続的な転位増殖によって形成されるとされていました。しかし、UC Irvineの研究者たちは、クロム・コバルト・ニッケル合金の微小柱に機械的圧縮を加える実験を通じて、転位源の非活性化と新たな転位源の動的活性化によって「拡張スリップバンド(E-SB)」が形成されることを明らかにしました。このE-SBは、双晶境界や積層欠陥、六方最密構造(hcp)領域などの平面欠陥を高密度に含み、従来の「閉じ込められたスリップバンド(C-SB)」とは異なる特徴を持っています。この研究成果は、エネルギーシステムや宇宙探査、原子力分野で使用される先進材料の力学的特性の理解と設計に新たな視点を提供するものです。研究は、UC Irvineのサミュエリ工学部の研究者たちによって行われ、米国エネルギー省、国立科学財団、UC Irvineからの支援を受けています。

<関連情報>

CrCoNi合金におけるスリップバンドの分岐的進化 Divergent evolution of slip banding in CrCoNi alloys

Bijun Xie,Hangman Chen,Pengfei Wang,Cheng Zhang,Bin Xing,Mingjie Xu,Xin Wang,Lorenzo Valdevit,Julian Rimoli,Xiaoqing Pan & Penghui Cao
Nature Communications  Published:16 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-58480-4

Abstract

Metallic materials under high stress often exhibit deformation localization, manifesting as slip banding. Over seven decades ago, Frank and Read introduced the well-known model of dislocation multiplication at a source, explaining slip band formation. Here, we reveal two distinct types of slip bands (confined and extended) in compressed CrCoNi alloys through multi-scale testing and modeling from microscopic to atomic scales. The confined slip band, characterized by a thin glide zone, arises from the conventional process of repetitive full dislocation emissions at Frank–Read source. Contrary to the classical model, the extended band stems from slip-induced deactivation of dislocation sources, followed by consequent generation of new sources on adjacent planes, leading to rapid band thickening. Our findings provide insights into atomic-scale collective dislocation motion and microscopic deformation instability in advanced structural materials.

0703金属材料
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