金合金中Ce和Lu晶界偏聚的第一性原理研究

元素在晶界的偏聚通常会引起材料性能的变化。基于第一性原理研究了Ce和Lu元素在纯金晶界的偏聚行为,计算得出Ce和Lu的最小晶界偏聚能分别为-0.89和-0.28 eV,这表明Ce在晶界的偏聚倾向较大,而Lu的偏聚倾向较小;同时,在此基础上进一步研究了Ce和Lu在金合金中的原子结构和电子结构,揭示了晶界偏聚的物理成因。

Nb和Sn含量对锆合金氧化Pilling-Bedworth比影响的第一性原理研究

锆合金的耐蚀性能是影响其作为反应堆燃料包壳材料服役寿命的关键,Pilling-Bedworth(PB)比是反映锆合金腐蚀氧化过程的重要参数。采用第一性原理计算研究了Nb和Sn含量对锆合金氧化PB比的影响。首先分别计算了纯Zr、含Nb和Sn锆合金氧化成t-ZrO2与m-ZrO2的PB比;接着,研究了含Nb和Sn锆合金不同相结构含量对PB比的影响。结果表明:Nb的添加使锆合金的PB比减小,而Sn的添加使锆合金的PB比增大。最后,计算了商用Zr-Sn系Zr-4、Zr-Nb系M5、Zr-Sn-Nb系ZIRLO锆合金的PB比,发现M5合金的PB比低于Zr-4和ZIRLO合金。

快速智能化考试分析系统

介绍快速智能化考试分析系统的设计思想与使用方法,为现代教育改革的评价提供必不可少的工具。

Zr-Nb系合金氧化膜的相图计算与热力学分析

为了理解锆合金耐腐蚀性能,评估了文献中Zr-Nb-O体系的相图及热力学信息,并利用Pandat软件进行了热力学优化。在此基础上采用相图计算方法,研究了具有不同Zr、Nb、O含量的化合物,获得其相结构及其含量。结果表明:锆合金氧化膜主要相结构是单斜ZrO_(2),这与前人的试验结果一致。进一步揭示了氧化膜相结构演化规律,阐述了前人试验中氧化膜的不同相结构形成机制。另外,利用第一性原理计算方法,从原子层次揭示了锆合金氧化膜中各种相结构随成分变化的原因。最后,分析了锆合金氧化膜相结构的相图计算结果与试验结果的差异。

Zr-Sn-Nb锆合金氧化膜中典型相结构的第一性原理研究

采用第一性原理计算和热力学方法,研究了Zr-Sn-Nb合金氧化膜中典型氧化物m-ZrO_(2)、t-ZrO_(2)、t-SnO、t-SnO_(2)、t-NbO_(2)和m-Nb_(2)O_(5)的热稳定性,探讨了O化学势以及腐蚀介质的温度和压力对氧化物稳定性的影响。结果表明:氧化物稳定性由强到弱的顺序为Zr氧化物、Nb氧化物和Sn氧化物,氧化膜中典型析出相β-Nb的氧化速率小于Zr基体,与试验结果相吻合;贫氧区NbO_(2)和SnO比较稳定,而富氧区Nb_(2)O_(5)和SnO_(2)比较稳定,这与试验中NbO_(2)常出现于氧化性较弱的去离子水环境中,而Nb_(2)O_(5)常出现于氧化性较强的碱性水中的结论相一致。

含Nb或Ge的锆合金表面氧吸附行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了纯锆表面和含Nb或Ge锆合金表面上氧的吸附性质.结果表明,Nb和Ge对Zr(0001),(1120)和(1010)表面吸附性质的影响各不相同.根据计算得到的偏聚能结果,Nb和Ge迁移到Zr(0001)表面比迁移到其他两个表面更容易,而Nb和Ge都可以降低Zr(0001)表面对氧原子的吸附能力,因此这两种元素都能抑制锆合金的初始氧化.进一步的电子结构分析发现,Nb和Ge改变表面对氧原子的吸附能力是通过改变表面d能带的分布来实现的.

Fe-1.24%Cu-0.62%Ni合金拉伸性能的分子动力学模拟

利用分子动力学方法研究了Fe-1.24%Cu-0.62%Ni合金经773 K时效不同时间拉伸性能的变化。通过模拟时效前后Fe-1.24%Cu-0.62%Ni合金的单轴拉伸过程,得到对应的应力-应变曲线,结合共同近邻分析,得到了富铜团簇对Fe-1.24%Cu-0.62%Ni合金拉伸性能的影响。结果表明:在单轴拉伸过程中,滑移带首先在富Cu团簇聚集区域产生,并且诱发了体心立方结构向面心立方或密排六方结构(BCC→FCC/HCP)的转变,从而导致Fe-1.24%Cu-0.62%Ni合金断裂。此外,在时效过程中随着富铜团簇的增大,Fe-1.24%Cu-0.62%Ni合金的屈服强度降低。

固溶态Cu对锆合金氧化膜抗拉强度影响的第一性原理分析

采用第一性原理方法计算了固溶态Cu对锆合金氧化膜抗拉强度的影响,进而揭示了固溶态Cu影响锆合金氧化膜中微裂纹形成的机制。结果表明:固溶态Cu能提高氧化膜的抗拉强度,阻碍微裂纹的形成,从而提高了锆合金的耐腐蚀性能,这与试验中添加微量Cu能提高锆合金的耐腐蚀性能结果一致。

夹杂物对316L不锈钢初期点蚀影响的数值模拟

稀土元素的添加通常能改善不锈钢的耐腐蚀性能。为了研究稀土元素铈对316L不锈钢耐腐蚀性能的影响,基于扫描电镜(SEM)、动电位极化(PDP)试验,采用有限元方法研究了含不同分布形态夹杂物的316L不锈钢在质量分数为0.9%的NaCl溶液中的早期腐蚀行为。结果表明:添加铈后,316L不锈钢中夹杂物的形态由长条状转变为圆形。有限元模拟发现:当腐蚀初期不锈钢暴露在溶液中的阳极面积相等时,含长条状夹杂物的不锈钢相较于含圆形夹杂物的不锈钢的纵向点蚀速度更快,点蚀坑的尺寸更大,点蚀孔窄且深,更利于点蚀的发展。当不锈钢中夹杂物面积为定值时,夹杂物的近邻分布会加快纵向点蚀速度,增加点蚀坑的数量和尺寸,点蚀孔窄且深;夹杂物远邻分布时,点蚀孔宽且浅。

事故容错燃料包壳Fe-Cr-Al合金α-α′相分离的研究进展

2011年日本福岛核事故后,国内外研究者迫切希望开发出能够代替传统Zr合金的包壳材料,以提升核反应堆的事故容错能力。Fe-Cr-Al合金因具有良好的加工性能、较好的抗辐照性能、优良的抗高温氧化性能和耐常规腐蚀性能等优点,成为事故容错燃料(ATF)包壳的候选材料之一。然而,现有的Fe-Cr-Al合金仍难以满足核反应堆包壳材料的性能要求,其中Fe-Cr-Al合金的α-α′相分离始终是制约其发展的关键因素。本文综述了近年来国内外有关Fe-Cr-Al合金在热时效或辐照条件下发生α-α′相分离的研究现状,分析了引起α-α′相分离的主要原因,提出了目前α-α′相分离研究存在的问题以及未来主要的研究方向。

金属Zr中O原子扩散的第一性原理研究

由于锆合金在冷却剂缺失事故中的行为与O在锆合金中的性质密切相关,采用第一性原理计算方法研究了O原子在金属Zr中的基本热力学稳定性和扩散性质。研究表明:O原子在hcp-Zr超胞中的八面体间隙、四面体间隙以及空位这3种位置的占位中以八面体间隙位最稳定;空位的存在会提高间隙O原子的稳定性,O原子处于空位的第三近邻位置时比第一和第二近邻位置更稳定;O原子在八面体间隙位之间扩散与在四面体间隙位之间扩散的难易程度接近。

T91钢550℃时效初期析出相演变行为研究

采用Thermal-Calc软件、金相显微镜、透射电子显微镜和显微硬度仪等试验设备,研究了T91钢经1 050℃固溶处理及550℃时效不同时间后显微组织及力学性能的变化。结果表明,时效初期,随着时效时间的延长,析出相的尺寸增大且数量增多,马氏体发生回复,亚晶界合并粗化,导致T91钢的硬度下降;时效后的T91钢,其析出相尺寸细小、种类较多。MX型析出相主要在晶界和基体内析出,随着时效时间的延长其尺寸变化不大;M_2X型析出相呈针状,属于亚稳相,主要在时效早期析出;M_(23)C_6碳化物呈"包夹"式结构,富Fe、Cr、V、Ti等元素,随着时效时间的延长其尺寸增大,中间贫Cr、Fe元素区域缩小,形状逐渐由椭圆形变成圆形。

Mg-Ca合金中添加Al对G.P.区形成的影响

Mg-Ca合金在时效峰值时的主要析出强化相为G. P.区,因此研究合金元素对G. P.区稳定性的影响具有重要意义。采用第一性原理方法研究了Mg-Ca合金中添加Al对G. P.区稳定性的影响。结果表明,Al的添加能显著降低Mg-Ca合金中G. P.区的形成能,说明Al能促进该合金中G. P.区的析出,增加其密度,从而有效提升该合金的时效硬化效果,这与相关文献的试验结果一致。此外,研究还发现,G. P.区惯析面的晶体取向与其溶质成分有着较强的依赖关系。最后,通过电子结构分析进一步在原子层次上揭示了Al促进G. P.区析出的机制。

锆合金氧化膜中氢吸附行为的第一性原理研究

采用第一性原理计算研究了锆合金氧化膜中氢的吸附行为,并着重分析了晶界的氢吸附。结果表明:氧化膜晶界比晶内更容易吸附氢,氢以原子或分子形式被晶界吸附。随着晶界吸附的氢含量增加,晶界吸附氢的能力逐渐减弱,表明氧化膜晶界的氢吸附量有限,这与Sundell等的试验结果一致。最后,从电子层次揭示了晶界吸附氢的微观机制。

益骨汤促进骨髓间充质干细胞成骨诱导的体外研究

目的探讨中药益骨汤提取物诱导骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)的体外成骨生长。方法用贴壁筛选法对兔骨髓间充质干细胞进行分离培养。对生长良好的第3代骨髓间充质干细胞分别用益骨汤提取液和经典成骨诱导剂向成骨方向诱导,分别进行成骨鉴定。结果益骨汤和传统成骨诱导剂均能诱导骨髓间质干细胞成骨,无明显差别。骨向诱导后第2代细胞ALP染色,茜素红染色可见典型的矿化结节。结论益骨汤有效成分提取液可以诱导骨髓间充质干细胞成骨。

非对称双轴张应变对锗能带的影响

采用第一性原理方法系统地研究了沿(001)、(101)和(111)面施加晶面内各方向应变不相等的双轴张应变,即非对称双轴张应变对锗能带结构的影响.结果表明:对于沿(001)面施加非对称双轴张应变,至少某一个方向应变大于2.95%,间接-直接带隙转变才能发生;对于沿(101)面施加非对称双轴张应变,至少某一个方向应变大于3.44%,间接-直接带隙转变才能发生;然而,沿(111)面施加非对称双轴张应变,不发生间接-直接带隙转变.另外,研究还发现无论是施加对称双轴应变还是非对称双轴应变,间接-直接带隙转变得到的应变Ge带隙值都与应变前后拉伸面面积变化大小成反比.

H和B原子在有序态Ni_3Fe表面的吸附

采用基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理方法,对H和B原子在有序态Ni3Fe合金(111)表面的吸附进行研究.结果表明,B原子在有序态Ni3Fe合金(111)表面的吸附能远低于H原子,从而更容易被有序态Ni3Fe合金(111)表面吸附,形成稳定结构.这导致H原子在有序态Ni3Fe合金表面的吸附机会大大减少,降低了有序态Ni3Fe合金在氢气中的环境氢脆.进一步的电子结构分析表明,H原子的表面吸附能高于B原子是由于H原子在有序态Ni3Fe合金(111)表面吸附时,H原子的反键态被推到了费米面以上所引起的.

纳米Cu析出相及晶界对微合金化钢力学性能的影响

基于弹塑性有限元理论,构建包含纳米Cu析出相及晶界的微合金化钢拉伸理论模型.计算纳米Cu析出相及晶界对微合金化钢力学性能的影响.研究在不同晶粒大小、不同纳米Cu析出相尺寸、不同应变条件下微合金化钢的单向拉伸性能,分析包含Cu析出相及晶界的晶粒变形趋势,探求纳米Cu析出相对基体材料的强化机制.研究结果表明:纳米Cu析出相心部塑性最大,晶界处的塑性低于晶内,且晶内发生塑性应变速率高于晶界;析出相与晶界都能起到增强材料塑性的作用,包含纳米Cu析出相及晶界的多晶模型在晶粒变形过程中,晶界参与协调变形作用.

Nb2O5颗粒尺寸对锆合金氧化膜内应力的影响

β-Nb第二相在含Nb锆合金中普遍存在,其在锆合金氧化膜中的氧化产物主要为Nb2O5。Nb2O5与氧化锆的弹性模量、热膨胀系数等不同,会引起第二相与氧化膜晶格失配,从而对氧化膜内应力产生影响。基于有限元方法,研究了高温高压条件下锆合金氧化膜中不同尺寸的Nb2O5颗粒对氧化膜应力场的影响。结果表明:Nb2O5颗粒附近氧化膜产生了应力集中现象,应力集中区的范围随着Nb2O5颗粒尺寸的增大而增大,这些区域容易产生缺陷,导致氧化膜内出现微裂纹。

Sn在锆合金氧化膜中稳定价态的第一性原理研究

合金元素在锆合金氧化膜中的稳定价态对研究氧化膜的微观结构有着重要意义。采用第一性原理计算方法研究了Sn在锆合金氧化膜中的稳定价态。结果表明:通过缺陷形成能计算及电子结构分析,可以获得合金元素在锆合金氧化膜中的稳定价态。Sn在m-ZrO和t-ZrO中的稳定价态均为+4价,说明锆合金氧化膜发生相变不会改变Sn的稳定价态。