氮元素對奧氏體不銹鋼耐輻照性能的影響.pdf

1、含氮不銹鋼具有耐磨、耐蝕等性能，在核結(jié)構(gòu)材料方面具有潛在應(yīng)用價值。然而在高劑量(＞70 dpa)的輻照過程中，含氮的奧氏體不銹鋼表現(xiàn)出明顯的輻照腫脹傾向。前人研究表明低輻照強度(5 dpa)下增加氮濃度會提升奧氏體不銹鋼的輻照腫脹性能，但結(jié)果不足以說明其機制。輻照腫脹是空位聚集長大的宏觀表現(xiàn)，而氮元素可與空位發(fā)生強烈的相互作用，因此研究氮元素與空位的相互作用及其團(tuán)簇演化的規(guī)律對理解氮元素提升奧氏體不銹鋼耐輻照性能的機制具有重要意義。

2、r>　　本論文采用第一性原理計算方法研究面心立方鐵基體中氮與空位相互作用形成團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)演化規(guī)律。首先本論文研究了空位周圍氮元素的穩(wěn)定位置，發(fā)現(xiàn)氮在空位附近最近鄰的八面體間隙位置最穩(wěn)定。其次研究了單空位俘獲氮的數(shù)量上限，結(jié)果表明單空位最多可以俘獲2個氮原子，且位于[100]或[010]方向的對位氮原子最穩(wěn)定。隨后研究了多空位多氮結(jié)合形成的團(tuán)簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定團(tuán)簇分為兩種類型，一種是在[110]面上延伸的帶狀團(tuán)簇，隨團(tuán)簇中空位與氮

3、數(shù)量的增加，其空位與氮的數(shù)量比趨于1，另一種是在[001]面上延伸的帶狀團(tuán)簇，其空位與氮的數(shù)量比為2。進(jìn)一步分析團(tuán)簇對其它缺陷（氮，空位及其它空位與氮形成的團(tuán)簇）的作用，發(fā)現(xiàn)氮對空位的演化的影響具有兩面性。當(dāng)?shù)坎蛔阋孕纬煞€(wěn)定團(tuán)簇時，由于氮降低空位之間的結(jié)合能，空位具有更大的長大傾向，此時氮元素會增加奧氏體不銹鋼的輻照腫脹傾向。當(dāng)?shù)孔阋孕纬煞€(wěn)定團(tuán)簇時，氮包圍空位團(tuán)簇分布，一方面阻礙空位團(tuán)簇吸收空位繼續(xù)長大，有穩(wěn)定空位團(tuán)簇的作用;另