原子氧與金屬Zr相互作用的數(shù)值模擬.pdf

1、本文采用基于REAXFF力場的分子動力學(xué)方法,數(shù)值模擬了原子氧與金屬Zr之間的相互作用過程。在1000個原子氧與Zr(001)及Zr(100)表面模型下進(jìn)行了模擬計算。通過模擬結(jié)果闡明了金屬Zr與原子氧形成的表面氧化層的厚度、生長機(jī)理、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、及氧化層內(nèi)Zr原子價態(tài)等表面特性,并利用原子氧暴露試驗(yàn)進(jìn)行了對比和驗(yàn)證。
　　結(jié)果表明,原子氧在Zr(001)及Zr(100)表面最穩(wěn)定的吸附位置分別為八面體間隙位置和洞位。原子氧與Z

2、r相互作用形成由外氧化層和內(nèi)氧化層組成的氧化層。具有5eV動能的原子氧所形成的氧化層極限厚度約為2.0nm,熱原子氧形成的氧化層極限厚度約為0.9nm。溫度在300K-500K范圍氧化層厚度的影響較小。氧化層的生長方式主要為氧原子向基體內(nèi)部的擴(kuò)散與金屬Zr原子向外表面的擴(kuò)散。
　　熱原子氧與Zr表面的相互作用在表面形成的穩(wěn)定氧化層阻止了后續(xù)的熱原子氧繼續(xù)進(jìn)入Zr基體。相比之下,5eV原子氧能夠克服勢壘進(jìn)入氧化層內(nèi)部,這表明5eV原