缺陷团簇在α-Zr内扩散的分子动力学模拟

针对目前对于应力条件下材料缺陷演化的认识不足,本文以α-Zr材料为研究对象,采用分子动力学方法模拟计算由4个BS型间隙原子构成的缺陷团簇在材料中的扩散行为,研究了几种温度条件下拉伸应变及晶向对缺陷团簇扩散行为的影响。研究发现:温度、应变及晶向均会影响缺陷团簇在α-Zr材料中的扩散行为,缺陷团簇的扩散系数存在差异。结果表明:无应变条件下缺陷团簇在α-Zr材料中发生扩散且是三维扩散;沿[1120]晶向施加拉伸应变时对扩散的影响最明显,[1120]晶向是缺陷团簇主要的扩散晶向,当应变3%时扩散是一维的;应变作用在[1120]和[1100]晶向时,缺陷团簇的迁移能减小,应变作用在[0001]晶向时迁移能增加。本文的研究结果能为α-Zr材料的辐照损伤效应研究提供依据。

非共格晶界及其偏析对3C-SiC在超临界二氧化碳中氧化影响的Reaxff-MD模拟

为理解SiC材料在超临界二氧化碳(sCO_(2))反应堆中的腐蚀失效机理,本文通过分子动力学模拟研究了3C-SiC在sCO_(2)环境中的氧化行为,并深入探讨了非共格晶界处元素偏析对氧化的影响。结果显示,非共格晶界区域的氧化速度比单晶快,且硅元素或碳元素的偏析均会加剧非共格晶界处的氧化。非共格晶界的加速氧化归因于晶界区域内的未完全配位硅原子,这些硅原子更容易与氧原子成键。非共格晶界的元素偏析进一步加强了非共格晶界处SiC的氧化速度,其中硅元素的偏析使硅原子更难以完全配位,这导致晶界处有更多的硅原子带较低的正电荷,而碳元素的偏析则使得晶界处自由体积更大,氧原子可以与更深层的硅原子成键。本研究揭示了3C-SiC在sCO_(2)中的腐蚀机理以及非共格晶界加速腐蚀的原因,为SiC材料在sCO_(2)反应堆中的退化机制提供了理论支持。

两种新型含铝奥氏体不锈钢在超临界二氧化碳中的均匀腐蚀行为研究

为评估新型含铝奥氏体不锈钢在超临界二氧化碳(sCO_(2))核反应堆中的应用前景,通过实验研究了两种新型含铝奥氏体不锈钢(904L-2.5Al和904L-3.5Al不锈钢)及其基材(904L不锈钢)在600℃/20MPa的sCO_(2)中的均匀腐蚀行为。运用增重法评价了材料的腐蚀动力学规律,采用扫描电镜、透射电镜和能谱仪分析了腐蚀前后材料的形貌、结构和化学成分。结果表明,所有材料的腐蚀增重近似服从抛物线生长规律。随着Al含量的增加,材料的腐蚀增重量明显降低,904L-3.5Al不锈钢具有最低的腐蚀增重量。腐蚀后,904L不锈钢表面生成富Fe氧化物,发生渗碳;904L-2.5Al和904L-3.5Al不锈钢表面生成了连续的富Cr/Al氧化膜,未发生渗碳行为。Al含量的增加促进了材料表面保护性富Cr/Al氧化膜的形成,增强了材料在sCO_(2)中的耐氧化及渗碳性能。