Fe、Ni金屬單質(zhì)與Fe-Ni金屬納米多層膜的輻照損傷機(jī)理研究.pdf

1、金屬材料等在核電站反應(yīng)堆內(nèi)的高溫、高壓、輻照、腐蝕等極端惡劣環(huán)境下工作，極易引起材料輻照脆化，腫脹，蠕變等宏觀性能變化，導(dǎo)致機(jī)械性能下降而材料失效。研發(fā)安全性更高的新型材料、探索材料的輻照損傷機(jī)理是我國先進(jìn)核能技術(shù)發(fā)展道路上亟待解決的重要課題。本文針對(duì)Fe、Ni單質(zhì)金屬材料和Fe-Ni金屬納米多層膜材料，利用分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法，開展了晶格取向、界面構(gòu)型、PKA入射能量等因素對(duì)材料輻照損傷的作用機(jī)理研究。
　　主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下

2、：
　　1）建立不同晶格取向的Fe、Ni單質(zhì)金屬模型，模擬材料在100 K溫度、1-10 keV輻照PKA能量下的缺陷演化行為。研究結(jié)果表明，級(jí)聯(lián)碰撞過程中材料缺陷經(jīng)歷急速上升，達(dá)到峰值，繼而緩慢下降直到最終穩(wěn)定的過程；隨PKA能量增加，缺陷峰值、最終穩(wěn)定值都上升，并且達(dá)到缺陷峰值和最終穩(wěn)定值的過程時(shí)間也延長，這表明輻照 PKA能量的增加加劇了材料輻照損傷；不同晶格取向的Fe單質(zhì)或Ni單質(zhì)受相同PKA能量輻照時(shí)，最終穩(wěn)定缺陷數(shù)目相

3、近，表明晶格取向?qū)Σ牧系妮椪論p傷影響不明顯；比較Fe、Ni兩種單質(zhì)輻照后缺陷數(shù)，發(fā)現(xiàn)Ni的原子離位閾值比Fe原子高，相同能量下Ni原子離位概率小，因此在相同PKA能量輻照下，F(xiàn)e單質(zhì)的輻照損傷較Ni單質(zhì)嚴(yán)重。
　　2）建立不同界面構(gòu)型的Fe-Ni金屬納米多層膜模型，分別模擬了KS、NW、Bain、Pistch四種界面構(gòu)型的金屬納米多層膜材料，在100 K溫度、1-10 keV輻照PKA能量下的界面損傷及界面兩側(cè)塊體中的缺陷演化行為

4、。研究結(jié)果表明，相同輻照條件下，四種界面構(gòu)型金屬納米多層膜塊體中缺陷數(shù)均比Fe、Ni單質(zhì)少，表明金屬納米多層膜材料具有良好的耐輻照能力；此多層膜材料的四種界面受輻照后均會(huì)產(chǎn)生不同程度的損傷，其中NW界面原子排列緊密、界面損傷較小，但不同界面兩側(cè)塊體中缺陷數(shù)目與界面構(gòu)型并無關(guān)聯(lián)關(guān)系。
　　本文研究了不同晶格取向的Fe、Ni單質(zhì)金屬材料和不同界面構(gòu)型的Fe-Ni金屬納米多層膜材料的輻照損傷機(jī)理。研究結(jié)果將有助于提升我國核電工程耐輻照材