FeCuMnNi合金体系中溶质-空位团簇的原子尺度研究

反应堆压力容器(reactor pressure vessel,RPV)是核反应堆中不可更换的关键部件,辐照脆化是影响其安全运行的主要因素。溶质缺陷团簇是中子辐照后RPV钢中的主要微观缺陷,研究其形核长大机制有助于理解RPV钢的辐照损伤行为。本文采用Metropolis蒙特卡罗方法模拟得到FeCuMnNi合金体系中溶质-空位团簇的稳定构型,结合分子静力学方法从原子尺度研究溶质原子与空位团簇的作用机理,分析探讨溶质-空位团簇的形核长大机制。结果表明,在FeCuMnNi合金体系中,Cu原子相较于Mn、Ni会优先在空位团簇表面偏析,形成的溶质-空位团簇为球形壳层结构;Mn会促进溶质-空位团簇的长大,而Ni对于溶质-空位团簇尺寸的影响很小,Mn、Ni存在协同效应,会促进溶质-空位团簇的形核长大;溶质-空位团簇中溶质原子的结构和能量存在相关关系,空位团簇可直接改变其附近溶质原子的结构,导致内层溶质原子能量显著高于外层原子,长大过程逐渐由空位团簇主导转变为外层溶质原子主导。以上结果有助于理解中子辐照后RPV钢中微观缺陷的形成和演化行为,推动RPV钢辐照脆化行为的模拟预测。