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基于级联碰撞缺陷数据库的源项对辐照微结构演化影响团簇动力学模拟研究
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作者 王东杰 潘才富 +3 位作者 吴石 贺新福 豆艳坤 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1344-1355,共12页
团簇动力学(CD)方法是模拟核材料在高能粒子辐照下微观结构演化的重要方法之一,源项是团簇动力学方法的关键输入。经典CD方法中源项通常采用经验拟合得到,未能充分利用原子尺度获得的初始缺陷信息。随着分子动力学等方法的发展,级联碰... 团簇动力学(CD)方法是模拟核材料在高能粒子辐照下微观结构演化的重要方法之一,源项是团簇动力学方法的关键输入。经典CD方法中源项通常采用经验拟合得到,未能充分利用原子尺度获得的初始缺陷信息。随着分子动力学等方法的发展,级联碰撞缺陷数据库大为丰富,结合初级离位原子(PKA)能谱足以得到更为合理的源项。由于级联碰撞缺陷数据库的能量值数量相对于准连续PKA能谱仍然偏少,本文提出了5种从准连续PKA能谱得到级联能量分立值的抽样算法,并基于团簇动力学方法模拟低剂量中子辐照纯钨实验对算法进行了验证和比较。 展开更多
关键词 团簇动力学 源项 PKA能谱 级联碰撞缺陷数据库 抽样算法
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Fe33Ni33Cr合金中位错与位错环相互作用的分子动力学研究
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作者 龙开泓 王东杰 +3 位作者 黄楚天 贾丽霞 贺新福 豆艳坤 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1662-1670,共9页
为了进一步完善FeNiCr合金辐照硬化理论,本文利用分子动力学方法研究了等比多主元固溶体Fe33Ni33Cr合金中1/2<110>{111}刃型位错与1/3[111]弗兰克(Frank)位错环的相互作用机制及其影响因素。结果表明,在选取的3种典型温度(300、60... 为了进一步完善FeNiCr合金辐照硬化理论,本文利用分子动力学方法研究了等比多主元固溶体Fe33Ni33Cr合金中1/2<110>{111}刃型位错与1/3[111]弗兰克(Frank)位错环的相互作用机制及其影响因素。结果表明,在选取的3种典型温度(300、600、900 K)中,高温下位错环对位错运动的阻碍作用降低。其原因除了温度升高引起的原子热振动加剧促进位错运动外,还有300 K和600 K下位错与位错环相互作用导致Frank位错环间层错消失转变为完美环,进一步增加了位错环对位错的钉扎作用。此外,研究了位错环尺寸对位错滑移的影响效果。当位错环直径分别为2、4、6 nm时,位错环尺寸的增大使得位错与位错环相互作用面积增加,最终导致位错环对位错运动阻碍能力增强。值得注意的是,在位错环尺寸为2 nm和4 nm时,位错与位错环相互作用生成超割阶,新结构的产生增加了位错在基体中自由滑移时受到的阻力。 展开更多
关键词 多主元固溶体合金 分子动力学 刃型位错 位错环
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Fe-Cr-W合金内富Cr团簇形核析出动力学的原子动力学蒙特卡罗模拟
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作者 贾丽霞 王东杰 +5 位作者 王瑾 曹金利 豆艳坤 吴石 贺新福 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1385-1396,共12页
低活化铁素体马氏体钢被认为是第四代堆及聚变反应堆候选结构材料之一。低活化铁素体马氏体钢以Fe-Cr为基体,W是其中重要的溶质元素。低温辐照脆化行为是限制低活化铁素体马氏体钢服役的重要问题之一。服役过程中析出的团簇因阻碍位错... 低活化铁素体马氏体钢被认为是第四代堆及聚变反应堆候选结构材料之一。低活化铁素体马氏体钢以Fe-Cr为基体,W是其中重要的溶质元素。低温辐照脆化行为是限制低活化铁素体马氏体钢服役的重要问题之一。服役过程中析出的团簇因阻碍位错运动而引起材料硬化脆化。深入理解服役过程中团簇析出行为有助于认识低活化铁素体马氏体钢的低温辐照脆化问题。基于优化后的自主开发程序MIET_AKMC,利用原子动力学蒙特卡罗(atomic kinetic Monte Carlo, AKMC)方法研究了Fe-Cr(8%,10%,16%,20%)-W(1%,2%)合金在热老化条件下富Cr团簇形核析出动力学行为。结果表明,热老化后Cr原子析出形成富Cr的团簇,W仍保持固溶状态。Cr团簇析出分为形核、长大、粗化3个阶段。在团簇开始粗化时,团簇平均半径约(0.57±0.03) nm,且该值不受温度和Cr含量的影响。W会延迟团簇析出动力学过程,尤其是当Cr含量为10%时,延迟效果最明显,这是因为Cr含量为10%时,体系SRO参数绝对值达最大;W延迟效果得益于W与空位间较强的结合能(0.14 eV,空位与Cr结合能为0.06 eV)。从模拟结果可知,除已知的固溶强化外,W元素加入会通过延迟富Cr团簇析出从而有益于Fe-Cr钢性能,因为富Cr团簇会引起Fe-Cr合金硬化、脆化。 展开更多
关键词 低活化铁素体马氏体钢 富Cr团簇 原子动力学蒙特卡罗方法 析出动力学
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Cr/W合金元素在α-Fe晶界上偏析热力学行为研究 被引量:1
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作者 赵宏睿 曹金利 +4 位作者 王瑾 贾丽霞 豆艳坤 潘才富 贺新福 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期189-198,共10页
低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢是聚变堆的候选结构材料,溶质元素在晶界上的偏析行为会引起材料晶界强化或弱化(脆化),因此研究溶质元素的晶界偏析行为对RAFM钢的研发和性能预测具有重要意义。本文采用分子动力学方法和Metropolis蒙特卡... 低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢是聚变堆的候选结构材料,溶质元素在晶界上的偏析行为会引起材料晶界强化或弱化(脆化),因此研究溶质元素的晶界偏析行为对RAFM钢的研发和性能预测具有重要意义。本文采用分子动力学方法和Metropolis蒙特卡罗方法,研究了300~800 K下不同模拟合金(FeW、FeCrW)中Cr/W元素在晶界上的偏析行为,讨论了空位、温度对合金元素在晶界偏析的热力学影响以及W和Cr元素在晶界偏析上的耦合作用。计算结果表明:在FeW模型合金中,W元素会在晶界附近出现明显的富集现象;在FeCrW模型合金中,未观察到W元素在晶界处富集,Cr元素会在大部分晶界处富集。因此,Cr元素会抑制W在晶界处富集,主要原因是Cr与W之间的排斥作用。此外,研究表明,空位对Cr和W在晶界上的偏析行为无明显影响,而随着温度的升高,溶质元素在晶界上的偏析程度逐渐减弱。 展开更多
关键词 RAFM钢 对称倾侧晶界 溶质元素 晶界偏析 分子动力学
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Molecular dynamics study of primary radiation damage in TiVTa concentrated solid-solution alloy
5
作者 赵永鹏 豆艳坤 +4 位作者 贺新福 曹晗 王林枫 邓辉球 杨文 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期530-535,共6页
The primary radiation damage in pure V and TiVTa concentrated solid-solution alloy(CSA)was studied using a molecular dynamics method.We have performed displacement cascade simulations to explore the generation and evo... The primary radiation damage in pure V and TiVTa concentrated solid-solution alloy(CSA)was studied using a molecular dynamics method.We have performed displacement cascade simulations to explore the generation and evolution behavior of irradiation defects.The results demonstrate that the defect accumulation and agglomeration in TiVTa CSA are significantly suppressed compared to pure V.The peak value of Frenkel pairs during cascade collisions in TiVTa CSA is much higher than that in pure V due to the lower formation energy of point defects.Meanwhile,the longer lifetime of the thermal spike relaxation and slow energy dissipation capability of TiVTa CSA can facilitate the recombination of point defects.The defect agglomeration rate in TiVTa CSA is much lower due to the lower binding energy of interstitial clusters and reduced interstitial diffusivity.Furthermore,the occurrence probability of dislocation loops in TiVTa CSA is lower than that in pure V.The reduction in primary radiation damage may enhance the radiation resistance of TiVTa CSA,and the improved radiation tolerance is primarily attributed to the relaxation stage and long-term defect evolution rather than the ballistic stage.These results can provide fundamental insights into irradiation-induced defects evolution in refractory CSAs. 展开更多
关键词 concentrated solid-solution alloy primary radiation damage molecular dynamics simulation
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TiVTaZr高熵合金中点缺陷形成行为的第一性原理研究
6
作者 王林枫 豆艳坤 +1 位作者 赵永鹏 贺新福 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期174-188,共15页
本文采用第一性原理研究了TiVTaZr高熵合金的点缺陷性质。结果显示,空位形成能随着第一近邻环境中V原子数量的增加而增大,由于Zr原子具有较大的原子半径,富Zr环境中局部晶格畸变更严重,因此空位和间隙的形成能随着第一近邻环境中Zr原子... 本文采用第一性原理研究了TiVTaZr高熵合金的点缺陷性质。结果显示,空位形成能随着第一近邻环境中V原子数量的增加而增大,由于Zr原子具有较大的原子半径,富Zr环境中局部晶格畸变更严重,因此空位和间隙的形成能随着第一近邻环境中Zr原子数量的增加而降低。TiVTaZr合金平均空位与间隙形成能分别为(1.27±0.59)eV和(1.38±0.78)eV,均低于TiVTa合金((1.68±0.34)eV和(1.76±0.37)eV),表明在TiVTaZr合金中空位和间隙都更容易形成。此外,本文还发现在TiVTaZr合金中,间隙原子更容易以[111]取向的哑铃型间隙形式存在,其中,[111]取向的VV和TiV哑铃型间隙是TiVTaZr合金中最稳定的构型。TiVTaZr合金由于引入了Zr原子,使得合金具有更大的局部晶格畸变,这将导致更不规则的能量分布,致使空位和间隙的形成能降低,从而更容易形成。通过对电子结构研究,发现TiVTaZr合金较TiVTa合金具有更短的赝能隙,这可能会提高原子间结合强度,改善合金的力学性能。这些结果为bcc结构的高熵合金的缺陷演化以及组分设计提供了科学依据。 展开更多
关键词 难熔高熵合金 第一性原理 点缺陷 局部晶格畸变 电子结构
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高熵合金的抗辐照性能研究进展 被引量:7
7
作者 豆艳坤 靳柯 +4 位作者 贺新福 杨文 钟巍华 曹晗 黄楚天 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1868-1884,共17页
高熵合金作为一种新型多主元固溶体合金,成分复杂、全局无序,且具有多主元效应,表现出较为优异的综合性能,有望作为新型抗辐照结构材料应用于先进核能反应堆系统。本文介绍了目前高熵合金抗辐照性能的研究现状,主要涉及高熵合金辐照缺... 高熵合金作为一种新型多主元固溶体合金,成分复杂、全局无序,且具有多主元效应,表现出较为优异的综合性能,有望作为新型抗辐照结构材料应用于先进核能反应堆系统。本文介绍了目前高熵合金抗辐照性能的研究现状,主要涉及高熵合金辐照缺陷演化、微观结构变化和性能退化等辐照损伤演化过程,梳理了多主元效应对辐照损伤演化过程的影响规律。针对高熵合金的抗辐照性能研究,总结了目前高熵合金的几种抗辐照损伤机制,归纳了高熵合金抗辐照性能研究存在的问题,以及对高熵合金后续的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 高熵合金 多主元效应 辐照缺陷 抗辐照损伤机制
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Cu析出物对α-Fe辐照硬化贡献机理研究 被引量:1
8
作者 豆艳坤 贺新福 +3 位作者 贾丽霞 王东杰 吴石 杨文 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期307-312,共6页
采用分子动力学方法对α-Fe基中不同尺寸(直径0.5—2.5nm)共格Cu析出物和刃型位错12(111){110}的相互作用进行了研究,并深入探讨了不同温度(100—600K)和不同作用位置对析出物和位错相互作用的影响规律。结果表明,随着析出物尺寸的增加... 采用分子动力学方法对α-Fe基中不同尺寸(直径0.5—2.5nm)共格Cu析出物和刃型位错12(111){110}的相互作用进行了研究,并深入探讨了不同温度(100—600K)和不同作用位置对析出物和位错相互作用的影响规律。结果表明,随着析出物尺寸的增加,位错受到的阻碍作用随之增大。该现象源于析出物尺寸增加导致位错通过时切割面积增大。同时温度的升高,降低了析出物对位错的阻碍作用,经对比发现1.0nm、1.5nm和2.0nm Cu析出物的临界剪切应力从100K升温至600K时平均降低了0.049Gb/L,而在100K、200K、300K、450K和600K环境下Cu析出物尺寸从1.0nm增至2.0nm时,临界剪切应力平均升高0.096Gb/L,说明析出物尺寸对位错运动阻碍作用的影响大于温度。位错在不同位置通过析出物时,发现从析出物中心通过时受到的阻碍作用最大,且当位错滑移面离析出物中心相等垂直距离时,位错从析出物上半部分通过时受到的阻碍作用均大于下半部分。这可能是由于位错滑移面下方的拉应力场和Cu析出物的压应力场相互作用贡献较大,导致位错运动受到了较大的阻碍作用。 展开更多
关键词 Α-FE 刃型位错 Cu析出物 分子动力学
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α-Fe中刃型位错和富MnNi析出物相互作用的分子动力学模拟研究 被引量:1
9
作者 豆艳坤 黄楚天 +4 位作者 王东杰 贺新福 贾丽霞 王瑾 曹金利 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1200-1209,共10页
本文采用分子动力学方法对α-Fe中1/2〈111〉{110}刃型位错和富MnNi析出物的相互作用进行了系统性研究。发现体系的临界剪切应力随析出物尺寸的增加而增大,随温度的升高而降低。富MnNi析出物和位错相互作用的临界剪切应力大于纯Cu析出... 本文采用分子动力学方法对α-Fe中1/2〈111〉{110}刃型位错和富MnNi析出物的相互作用进行了系统性研究。发现体系的临界剪切应力随析出物尺寸的增加而增大,随温度的升高而降低。富MnNi析出物和位错相互作用的临界剪切应力大于纯Cu析出物的。对于2 nm和3 nm富MnNi析出物,Mn原子对位错滑移的影响作用大于Ni原子的,Mn原子倾向于聚集到位错段,起拖拽位错运动作用。4 nm富MnNi析出物出现了体心立方相转变为面心立方和密排六方相现象,进一步提高了析出物对位错滑移的阻碍作用。随着温度的升高,Mn原子对位错段的拖拽作用减弱、析出物的相变程度降低,导致富MnNi析出物对应的临界剪切应力降低,呈较显著的温度依赖性。总而言之,相比于纯Cu析出物,富MnNi析出物表现出对位错滑移更强的钉扎作用,增强了基体的辐照硬化程度。 展开更多
关键词 刃型位错 富MnNi析出物 纯Cu析出物 分子动力学
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电子辐照条件下高纯铁中位错环演化的多尺度模拟 被引量:5
10
作者 吴石 王东杰 +3 位作者 贺新福 贾丽霞 豆艳坤 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期150-157,共8页
辐照诱导材料微观结构演化导致的材料力学性能降级或尺寸不稳定性是限制反应堆安全与经济性的关键因素之一。本文基于速率理论建立了辐照诱导材料微观结构演化的物理模型,并开发了模拟程序Radieff。采用分子动力学计算了高纯铁中缺陷的... 辐照诱导材料微观结构演化导致的材料力学性能降级或尺寸不稳定性是限制反应堆安全与经济性的关键因素之一。本文基于速率理论建立了辐照诱导材料微观结构演化的物理模型,并开发了模拟程序Radieff。采用分子动力学计算了高纯铁中缺陷的形成能、结合能、迁移能以及间隙原子位错环的构型,在此基础上模拟了电子辐照诱导高纯铁内位错环的演化过程,并与实验结果进行了对比。基于分子动力学的计算结果表明,当间隙原子团簇包含3个间隙原子时,团簇的排列方式为〈110〉构型,间隙原子团簇包含4个以上间隙原子时,团簇排列方式变为〈111〉构型。此外基于Radieff研究了400~600K温度范围内,损伤速率为1.5×10-4 dpa/s电子辐照条件下,位错密度对位错环演化的影响,位错密度对位错环数密度及其平均尺寸的影响取决于位错以及间隙原子团簇对间隙原子的阱强度;在464K和550K温度下辐照,位错环数密度及其平均尺寸分别在位错密度增加到1011 cm-2和1010 cm-2后急剧减小,这是由于此时位错对间隙原子的阱强度会大于间隙原子团簇对间隙原子的阱强度。 展开更多
关键词 速率理论 分子动力学 高纯铁 位错环 辐照损伤
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FeCr合金中Cr含量对微观结构影响的原子尺度模拟研究 被引量:3
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作者 贾丽霞 贺新福 +3 位作者 王东杰 吴石 豆艳坤 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1040-1048,共9页
低温辐照脆化是影响铁素体/马氏体(F/M)钢服役的主要问题之一。F/M钢低温辐照脆化的主要机理是辐照产生的纳米缺陷(如位错环、α′相(富Cr团簇)等)阻碍位错运动。本文利用分子动力学方法和迈氏蒙特卡罗方法对F/M钢模型材料——FeCr合金(... 低温辐照脆化是影响铁素体/马氏体(F/M)钢服役的主要问题之一。F/M钢低温辐照脆化的主要机理是辐照产生的纳米缺陷(如位错环、α′相(富Cr团簇)等)阻碍位错运动。本文利用分子动力学方法和迈氏蒙特卡罗方法对F/M钢模型材料——FeCr合金(Fe7%Cr、Fe9%Cr、Fe14%Cr)中Cr元素析出成团簇及在位错环上偏析的机理进行研究,并分析Cr团簇析出与合金成分的关系以及位错环尺寸、位错环类型和合金中Cr含量对位错环上Cr偏析量的影响。模拟结果表明:热力学模拟后,高Cr含量(>9%)的FeCr合金中会析出Cr团簇,且基体内Cr含量越高,析出的Cr团簇尺寸越大;在所研究的3种FeCr合金中,受位错环张应力场作用,合金元素Cr均会在位错环的外围偏析,且FeCr合金中Cr含量越高,Cr在位错环上偏析量越高。低Cr的FeCr合金中Cr对其辐照硬化的影响需考虑位错环上Cr偏析的影响,高Cr的FeCr合金中Cr元素对其辐照硬化的影响需综合考虑Cr团簇及位错环上Cr偏析。 展开更多
关键词 FeCr合金 位错环 Cr团簇 应力场 Cr偏析
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基于AKMC方法研究Mn对Cu团簇析出的影响 被引量:2
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作者 贾丽霞 贺新福 +7 位作者 王东杰 商红慧 吴石 曹金利 豆艳坤 曹晗 王瑾 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1622-1631,共10页
Cu团簇析出是影响FeCu合金体系安全服役的主要因素之一。本文基于原子动力学蒙特卡罗(AKMC)方法研究了热老化条件下,合金元素Mn对Fe-1.34at.%Cu-X at.%Mn(X为0、0.27、1.2、3、5)合金中Cu团簇析出的影响。研究结果表明,随着体系中Mn含... Cu团簇析出是影响FeCu合金体系安全服役的主要因素之一。本文基于原子动力学蒙特卡罗(AKMC)方法研究了热老化条件下,合金元素Mn对Fe-1.34at.%Cu-X at.%Mn(X为0、0.27、1.2、3、5)合金中Cu团簇析出的影响。研究结果表明,随着体系中Mn含量的增加,析出形核的纳米级Cu团簇的数密度不断增加;Mn含量对形核Cu团簇的平均尺寸影响不大。团簇中主要成分为Cu;团簇中Mn含量随初始基体中Mn含量的增加而增加。合金元素的成团参与百分比决定了团簇平均尺寸。Cu-Vac复合体较强的扩散能力及其较远的扩散距离是造成Cu团簇析出的主要因素;而Mn的加入会抑制Cu-Vac复合体的可移动距离和可移动能力,从而提高Cu团簇的数密度。合金元素Mn的加入会影响形核Cu团簇的尺寸、数密度,从而影响Cu团簇引起的硬化效应。 展开更多
关键词 Cu团簇 原子动力学蒙特卡罗方法 合金元素Mn
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反应堆压力容器钢中溶质元素空位型扩散机理研究 被引量:1
13
作者 贺新福 王东杰 +3 位作者 贾丽霞 吴石 豆艳坤 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期200-208,共9页
辐照或热老化导致元素偏析和沉淀析出是反应堆压力容器(reactor pressure vessel,RPV)钢性能退化的主要影响因素,点缺陷与合金/杂质元素结合与扩散是引起元素偏析和沉淀析出的主要原因。本文利用分子动力学方法研究了反应堆压力容器钢... 辐照或热老化导致元素偏析和沉淀析出是反应堆压力容器(reactor pressure vessel,RPV)钢性能退化的主要影响因素,点缺陷与合金/杂质元素结合与扩散是引起元素偏析和沉淀析出的主要原因。本文利用分子动力学方法研究了反应堆压力容器钢中几种主要合金/杂质元素(Cu、Ni、Mn、P)的空位型扩散机理。研究了空位与合金/杂质元素的结合性能;基于多频模型计算了合金/杂质元素的空位风参数和扩散系数。通过计算发现,Cu、P与第1近邻、第2近邻空位均具有较大的结合能,Ni与第2近邻空位具有较大的结合能;溶质元素的空位风均随着温度的升高而增大,表明在高温下合金/杂质元素均倾向通过与空位互换位置而扩散。 展开更多
关键词 反应堆压力容器钢 扩散机理 分子动力学 多频模型 扩散系数
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位错环上的Cr偏析对辐照硬化影响的原子尺度模拟研究 被引量:1
14
作者 贾丽霞 贺新福 +4 位作者 吴石 曹晗 王东杰 豆艳坤 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期458-464,共7页
低温辐照脆化是影响低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢服役的主要问题之一。RAFM钢低温辐照脆化的主要机理是辐照产生的纳米缺陷(如位错环、析出物等)阻碍位错运动。本文利用分子动力学方法研究了bcc-Fe内刃型位错线与1/2〈111〉间隙位错环... 低温辐照脆化是影响低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢服役的主要问题之一。RAFM钢低温辐照脆化的主要机理是辐照产生的纳米缺陷(如位错环、析出物等)阻碍位错运动。本文利用分子动力学方法研究了bcc-Fe内刃型位错线与1/2〈111〉间隙位错环的相互作用,并对比分析了Cr偏析在位错环上对其硬化的影响。研究结果表明:刃型位错线挣脱位错环所需临界剪切应力(CRSS)与位错环的伯格斯矢量有关;在本文所研究条件下,在一定温度范围内,Cr偏析在位错环上会使得位错线挣脱所需CRSS增加,引起硬化增强。 展开更多
关键词 RAFM钢 低温辐照脆化 位错环 Cr偏析 分子动力学
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不同温度下α-Fe中级联碰撞分子动力学模拟研究 被引量:5
15
作者 曹晗 贺新福 +4 位作者 王东杰 吴石 贾丽霞 豆艳坤 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期487-493,共7页
采用分子动力学方法模拟了500~700 K温度下α-Fe中由1~50 keV的初级离位原子(PKA)引发的级联碰撞,研究了缺陷演化过程,并分析了不同阶段的PKA能量(E_(PKA))与缺陷存活数量(N_(FP))、成团率的关系以及温度对级联碰撞过程的影响,讨论了... 采用分子动力学方法模拟了500~700 K温度下α-Fe中由1~50 keV的初级离位原子(PKA)引发的级联碰撞,研究了缺陷演化过程,并分析了不同阶段的PKA能量(E_(PKA))与缺陷存活数量(N_(FP))、成团率的关系以及温度对级联碰撞过程的影响,讨论了级联碰撞后产生的缺陷的取向结构,并得到以下结论:级联碰撞后产生的缺陷的原子取向与尺寸相关,可指导构建团簇、位错环等多种缺陷结构;E_(PKA)较高时,大尺寸团簇的保留会明显提高缺陷存活数量,从而导致不同PKA能量阶段的N_(FP)-E_(PKA)拟合曲线指数有较大差别,温度的升高会使拟合曲线指数的变化量减小。 展开更多
关键词 Α-FE 级联碰撞 分子动力学 NRT模型 团簇
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高熵合金辐照损伤的实验研究进展 被引量:9
16
作者 靳柯 卢晨阳 +2 位作者 豆艳坤 贺新福 杨文 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第17期17018-17030,共13页
尽管人们在半个世纪前就已经在Fe⁃Cr⁃Ni体系中发现主元浓度的改变对合金的抗辐照肿胀性能有重要影响,但在很长一段时间内未能系统深入地理解其中的物理机制,也未能据此形成依托主元调控的体系化的抗辐照合金设计方法。高熵合金的出现和... 尽管人们在半个世纪前就已经在Fe⁃Cr⁃Ni体系中发现主元浓度的改变对合金的抗辐照肿胀性能有重要影响,但在很长一段时间内未能系统深入地理解其中的物理机制,也未能据此形成依托主元调控的体系化的抗辐照合金设计方法。高熵合金的出现和发展拓展了抗辐照材料的设计空间,同时也为系统研究合金主元对辐照损伤的影响机制提供了理想的平台。近年来,针对高熵合金开展了一系列载能粒子(包括电子、离子和中子)辐照实验,力图揭示辐照下主元特征(包括数目、种类和浓度等)对合金微观结构和性能演化的影响。现有结果表明,通过调控辐照下的能量耗散过程以及缺陷的形成能和迁移能,化学复杂度较高的合金中辐照缺陷演化在总体趋势上有所减缓,尤其是间隙原子型缺陷团簇尺寸下降,在高温辐照下对孔洞以及氦泡的形成也有所抑制。尽管已有实验证据表明,通过适当的主元调控可以在保持合金组织结构的情况下提升其抗辐照性能,但是必须指出,不同主元组合和结构的高熵合金在不同辐照条件(温度、剂量、粒子种类)下的稳定性、肿胀及力学性能演化有着较大的乃至定性上的差异,因此目前并不能简单地得出高熵合金在整体上是否具有更好的抗辐照性能的结论。本文回顾并整理了关于高熵合金辐照损伤方面的主要实验研究进展,总结了当前对合金辐照损伤主元效应的理解以及对高熵合金抗辐照性能的评价,讨论了现有研究的局限以及尚未理解的实验现象,并对后续高熵合金辐照损伤研究及抗辐照高熵合金设计进行了分析和展望。 展开更多
关键词 高熵合金 多主元合金 辐照损伤 核用结构材料
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不同温度下bcc-Fe中螺位错滑移及其与^(1/2)[111]位错环相互作用行为 被引量:2
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作者 王瑾 贺新福 +3 位作者 曹晗 贾丽霞 豆艳坤 杨文 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期299-305,共7页
采用分子动力学方法模拟研究了不同温度下bcc-Fe中螺位错滑移行为和螺位错与^(1/2)[111]位错环相互作用机制.结果表明,螺位错在低温2 K剪切应力下主要沿(211)面滑移;随温度逐渐升高到823 K,它容易发生交滑移,该交滑移在(110)和(211)面... 采用分子动力学方法模拟研究了不同温度下bcc-Fe中螺位错滑移行为和螺位错与^(1/2)[111]位错环相互作用机制.结果表明,螺位错在低温2 K剪切应力下主要沿(211)面滑移;随温度逐渐升高到823 K,它容易发生交滑移,该交滑移在(110)和(211)面之间交替进行,因此随温度升高,临界剪切应力逐渐降低.当螺位错滑移靠近位错环时,不同温度下螺位错与位错环相互作用机制不同:低温2 K时,螺位错与位错环之间存在斥力作用,当螺位错滑移靠近位错环过程中,螺位错发生交滑移,切应力比无位错环时有所降低;中温300 K和600 K时,螺位错与位错环间斥力对螺位错的滑移影响减弱,螺位错会滑移通过位错环并与之形成螺旋结构,阻碍螺位错继续滑移,切应力有所升高;高温823 K时,螺位错因热激活更易发生交滑移,位错环也会滑移,两者在整个剪切过程中不接触,剪切应力最低. 展开更多
关键词 bcc-Fe 螺位错 位错环 分子动力学
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FeCu模型合金中Cu析出物导致硬化的位错动力学研究 被引量:1
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作者 滕明航 贺新福 +2 位作者 豆艳坤 王东杰 贾丽霞 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1153-1162,共10页
压水反应堆压力容器(RPV)钢服役过程经高能中子辐照产生的溶质-缺陷团簇,导致辐照硬化和脆化,是影响其服役寿命的关键因素。利用位错动力学方法结合分子动力学和分子静力学计算获得的缺陷钉扎力,研究了FeCu模型合金中Cu析出物导致硬化... 压水反应堆压力容器(RPV)钢服役过程经高能中子辐照产生的溶质-缺陷团簇,导致辐照硬化和脆化,是影响其服役寿命的关键因素。利用位错动力学方法结合分子动力学和分子静力学计算获得的缺陷钉扎力,研究了FeCu模型合金中Cu析出物导致硬化的机理,分析了钉扎力、脱钉临界角等因素对计算结果的影响,并对计算结果的置信度进行了分析。结果表明:半径小于1 nm析出物的脱钉判据主要为力判据,需精确计算缺陷对位错的钉扎力;半径大于1 nm析出物的脱钉判据主要为临界角判据,对于Cu析出物,其临界角约为130°。本研究结果对于深入研究RPV钢辐照硬化机理以及预测辐照脆化趋势具有重要意义。 展开更多
关键词 FeCu模型合金 辐照硬化 Cu析出物 位错动力学 分子动力学 分子静力学
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BCC-Fe中螺位错与[010]间隙位错环相互作用分子动力学模拟
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作者 王瑾 贺新福 +3 位作者 曹晗 王东杰 豆艳坤 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1210-1218,共9页
本文利用分子动力学方法对BCC-Fe中螺位错与[010]间隙位错环的相互作用机制进行了模拟,研究结果表明,螺位错在不同温度下滑移靠近不同尺寸位错环时,它们之间的相互作用机制不同。当位错环尺寸为1.5 nm时,位错环在2 K下稳定存在,螺位错... 本文利用分子动力学方法对BCC-Fe中螺位错与[010]间隙位错环的相互作用机制进行了模拟,研究结果表明,螺位错在不同温度下滑移靠近不同尺寸位错环时,它们之间的相互作用机制不同。当位错环尺寸为1.5 nm时,位错环在2 K下稳定存在,螺位错在剪切应力作用下滑移通过它,并与之位错反应生成[111]位错环,临界剪切应力明显增加;随温度升高到300 K和600 K,[010]位错环因稳定性降低会转变为[111]位错环,该位错环与螺位错反应可生成[010]位错片段,对螺位错阻碍作用逐渐变弱,临界剪切应力增量逐渐降低;随温度进一步升高到823 K,螺位错易交滑移,其与位错环始终无接触,因此无阻碍作用。当位错环尺寸增大到4 nm时,[010]位错环稳定性增加,300~823 K下位错环对螺位错滑移阻碍作用也明显增加。 展开更多
关键词 BCC-Fe 螺位错 温度 位错环尺寸 分子动力学
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纳米压入难熔金属导致位错环形成的分子动力学模拟研究
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作者 汪淑敏 贺新福 +1 位作者 杨鹏 豆艳坤 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期145-153,共9页
Ta、Mo和W具有良好的高温性能,是空间堆和聚变堆的重要结构材料,但其固有的本征脆性是一个突出的问题,而材料的力学性能往往与材料中缺陷的行为有关。本文利用分子动力学对上述3种金属进行了纳米压痕模拟研究,探究其力学性能和缺陷行为... Ta、Mo和W具有良好的高温性能,是空间堆和聚变堆的重要结构材料,但其固有的本征脆性是一个突出的问题,而材料的力学性能往往与材料中缺陷的行为有关。本文利用分子动力学对上述3种金属进行了纳米压痕模拟研究,探究其力学性能和缺陷行为的变化规律,分析不同晶向下3种难熔金属的力学性能以及金属中独立位错环的形成机制。研究发现,部分纳米压痕模拟下难熔金属中形成了独立的位错环。[111]晶向下难熔金属中位错环的形成机制可分为两种:在Ta和Mo中,连接刃位错两端的螺位错之间相互剪切形成了独立位错环;在W中,螺位错段先从刃位错端分离后再闭合形成独立位错环。而在[100]晶向下,Mo以与[111]晶向下相同的机制形成了独立位错环,W和Ta中则没有位错环形成。 展开更多
关键词 纳米压痕 位错环形成机制 分子动力学模拟 难熔金属
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