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(jià)值。然而在高劑量(70 dpa)的輻照過(guò)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(qiáng)度(5 dpa)下增加氮濃度會(huì)提升奧氏體不銹鋼的輻照腫脹性能,但結(jié)果不足以說(shuō)明其機(jī)制。輻照腫脹是空位聚集長(zhǎng)大的宏觀表現(xiàn),而氮元素可與空位發(fā)生強(qiáng)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(duì)理解氮元素提升奧氏體不銹鋼耐輻照性能的機(jī)制具有重要意義。本論文采用第一性原理計(jì)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?chē)氐姆�(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(gè)氮原子,且位于[100]或[010]方向的對(duì)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(lèi)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(duì)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(duì)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(shí),由于氮降低空位之間的結(jié)合能,空位具有更大的長(zhǎng)大傾向,此時(shí)氮元素會(huì)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(shí),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(zhǎng)大,有穩(wěn)定空位團(tuán)簇的作用；另一方面由于氮原子間的相互排斥作用,團(tuán)簇傾向于相互遠(yuǎn)離。在兩方面機(jī)制的共同作用下,空位團(tuán)簇的演化可能由聚集長(zhǎng)大轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ミh(yuǎn)離彌散分布,從而減弱了奧氏體不銹鋼的輻照腫脹傾向。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類(lèi)】：TL341

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本文編號(hào)：2826451