辐照/高温条件下稀土永磁材料的组织性能研究
发布时间：2021-07-28 04:40
本文以Sm Co合金和Nd Fe B合金为研究对象,对其进行了中子辐照实验和高温实验。采用X-ray、磁力显微镜、穆斯堡尔谱仪以及磁性能测试系统等设备对合金组织结构与性能进行了系统表征,获得了辐照、高温条件下永磁材料组织性能的变化规律。同时采用LAMMPS软件模拟了纯Fe和Fe Ni合金内的辐照初期的缺陷演化过程。中子辐照实验结果表明,Sm Co和Nd Fe B永磁合金经受5×1014 n/cm2剂量中子辐照后,其磁性能变化幅度在1%左右,其物相结构未发生明显变化。Sm Co合金的电子结构和磁畴结构在辐照前后几乎没有变化。磁性能测试结果表明Sm Co合金的耐中子辐照性能优于Nd Fe B合金的耐辐照性能。通过高温在线测退磁系统得到了Sm Co合金从室温到550oC的磁性能以及Nd Fe B合金从室温到300oC的磁性能。Sm Co和Nd Fe B永磁合金磁性能随温度的升高呈下降趋势,且在不同温度区间段的下降趋势不同。550oC环境下,Sm Co合金的Br衰减至常温的78.2%,Hci衰减至常温的11.2%。300oC环境下,高矫顽力型Nd Fe B合金（N28EHC）的Br衰减至常温的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
核电站内一回路系统和二回路系统
??豕ひ荡笱Чぱ?妒垦?宦畚?-5-在核能开发利用的研究进程中，科学家们同步研究着应用在核环境下的材料。历史上，最先受到关注的是第一壁材料和核燃料。由于核电站内强辐射能引起材料的物理和化学性质的重要而有害的变化，所以确保应用在核电环境下的材料具有一定的耐辐照性能是核电站得以建设的前提。稀土永磁合金作为磁流量计的关键材料，长期暴露在高温辐照环境之下，高能量高剂量的辐照对永磁材提出了严苛要求。研究稀土永磁合金在核环境下的组织结构性能对提高核电用仪器仪表的稳定性和可靠性有着重要意义。图1-3磁流量计工作原理1.2稀土永磁材料辐照效应研究早在1815年，Berzelins就发现了硅铍钇矿石可以释放潜能这一现象，但彼时学界未能给出合理的解释，这是历史上人类首次发现材料辐照效应。直到百年之后，Hamberg才对硅铍钇矿石可以释放潜能这一现象进行了正确的解释，这一现象的原因是放射性衰变粒子轰击材料并且产生了辐照效应。随着时间的推移科技的进步，人们注意到在外太空环境以及在高能粒子加速器环境内服役的材料始终忍受着高能高通量的粒子辐照，确保材料可在此严苛情况下保持性能正常服役是材料应用的前提条件。自此以后，材料辐照效应研究受到了越来越多的重视并且逐渐发展为一个重要的研究方向。放眼百年间对材料辐照效应的研究，其研究范围很广，研究对象包括结构材料和半导体材料等等。研究人员对永磁合金开展辐照研究主要是基于以下三种考虑：一是考虑其作为聚焦磁铁在粒子加速器中的应用和作为低温永磁波荡器在下一代光源上的应用，二是考虑其用作仪器仪表关键部件在核环境下的应用，三是考虑其在空间环境下的应用。虽然研究背景并不相同，但是落实到模拟试验上，均用是采用高能粒子(中子、质子、电子和伽?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-核反应产生的中子能量会高达14MeV。低能中子对材料的影响和高能中子对材料的影响是不同的，迄今为止，始终缺少高能量中子辐照实验的研究结果。另外，高能粒子入射到材料内部后，初级辐照损伤通常发生在辐照初期，时间量级在皮秒尺度内，这种情况下，很难通过在线监测或者通过其他方法观察点缺陷以及空位的动态演化过程。综上所述，一方面实验设备的不足和检测手段的限制使得高通量硬能谱辐照试验进展缓慢，亟需通过其他方法弥补实验不足。另一方面，在近几十年，计算机计算能力迅速提高和分子动力学理论取得了巨大进展，使得采用计算机去模拟辐照损伤过程存在了可能性。研究高能粒子对材料产生的影响，在不同的时间和空间范围内，适用的研究方法也不同，如图1-4所示[22]。最初研究人员是通过宏观物理性能对材料进行表征，随着分析测试水平的发展，逐渐开始使用透射电子显微镜和正电子湮灭光谱分析材料的微观结构和缺陷，现在还可通过计算机辅助模拟进行研究。在宏观层面，可以使用有限元方法对材料内部的应变应力进行分析。在微观领域，可以应用第一性原理、分子动力学和蒙特卡洛等方法对大小为几百万原子的体系进行模拟。图1-4不同尺度下适用的研究方法[22]辐射效应研究起源于1852年，但是使用计算机模拟技术对辐照效应进行研究却是在二十世纪中叶才开始的。从二十世纪中页开始发展至今，科学家研究出了许多理论方法和软件等，包括反应速率理论(RE)、蒙特卡洛中子计算(MCN)、分子
【参考文献】：
期刊论文
[1]原子动力学蒙特卡洛程序MISA-KMC在反应堆压力容器钢辐照损伤研究中的应用[J]. 王栋,商红慧,张云泉,李琨,贺新福,贾丽霞. 计算机科学. 2020(04)
[2]中子辐照下初级离位原子模拟研究[J]. 刘仕倡,吴宇轩,陈义学. 原子能科学技术. 2020(08)
[3]GaN中质子辐照损伤的分子动力学模拟研究[J]. 何欢,贺朝会,廖文龙,张家辉,臧航,柳文波. 原子能科学技术. 2019(06)
[4]Sm2Co17型永磁合金的辐照效应研究[J]. 李哲夫,贾彦彦,刘仁多,徐玉海,王光宏,夏晓彬. 物理学报. 2017(22)
[5]金属锆中离位级联碰撞的分子动力学模拟[J]. 陈文杰,雷洁红. 西南科技大学学报. 2017(01)
[6]锆基合金中子辐照损伤模拟的初设条件优化[J]. 蔡光博,杨亮,郭古青. 核技术. 2017(02)
[7]MD and OKMC simulations of the displacement cascades in nickel[J]. Wen-Jing Xiao,Gui-Yan Wu,Mei-Heng Li,Hui-Qiu Deng,Wei Zhang,Ping Huai,Wang-Yu Hu. Nuclear Science and Techniques. 2016(03)
[8]低能中子在锆中产生的辐照损伤的计算机模拟研究[J]. 崔振国,勾成俊,侯氢,毛莉,周晓松. 物理学报. 2013(15)
[9]Fe-Cu合金基体损伤的分子动力学模拟研究[J]. 贺新福,杨鹏,杨文. 金属学报. 2011(07)
[10]论FeCr合金辐照损伤的多尺度模拟[J]. 贺新福,杨文,樊胜. 物理学报. 2009(12)
博士论文
[1]锆的低剂量中子辐照硬化损伤及大团簇的形成机制研究[D]. 周韦.中国工程物理研究院 2018
[2]带电粒子在固体中的输运及辐照损伤建模研究[D]. 颜强.哈尔滨工程大学 2017
[3]掺氦Fe和V中辐照效应的原子模拟[D]. 胡能文.湖南大学 2016
[4]分子动力学模拟方法研究铜团簇成膜及非晶化锗材料的辐照损伤[D]. 龚恒风.兰州大学 2013
硕士论文
[1]钨辐照损伤的原子尺度模拟研究[D]. 李鸿.大连理工大学 2017
[2]掺氦钒中级联碰撞的分子动力学模拟[D]. 朱晓禄.西北师范大学 2017
[3]金属钼中级联碰撞及其诱发缺陷演化行为的模拟研究[D]. 吴贵艳.湖南大学 2016
[4]钨辐照损伤及晶界交互作用分子动力学研究[D]. 崔薇.大连理工大学 2015
[5]铝辐照损伤机理研究[D]. 冯琦杰.中国工程物理研究院 2015
[6]BCC铁和铁铜合金电子辐照缺陷演化的团簇动力学模拟[D]. 高超.上海大学 2015
[7]金属钨中级联碰撞的分子动力学模拟研究[D]. 杨晓丹.湖南大学 2014
[8]钛辐照损伤中温度效应及晶界作用计算研究[D]. 曾维鹏.大连理工大学 2013
[9]金属铁和钒中离位级联碰撞的多尺度模拟研究[D]. 王宁.湖南大学 2011
[10]Alnico永磁材料的辐照效应研究[D]. 王楠.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3307233
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
核电站内一回路系统和二回路系统
??豕ひ荡笱Чぱ?妒垦?宦畚?-5-在核能开发利用的研究进程中，科学家们同步研究着应用在核环境下的材料。历史上，最先受到关注的是第一壁材料和核燃料。由于核电站内强辐射能引起材料的物理和化学性质的重要而有害的变化，所以确保应用在核电环境下的材料具有一定的耐辐照性能是核电站得以建设的前提。稀土永磁合金作为磁流量计的关键材料，长期暴露在高温辐照环境之下，高能量高剂量的辐照对永磁材提出了严苛要求。研究稀土永磁合金在核环境下的组织结构性能对提高核电用仪器仪表的稳定性和可靠性有着重要意义。图1-3磁流量计工作原理1.2稀土永磁材料辐照效应研究早在1815年，Berzelins就发现了硅铍钇矿石可以释放潜能这一现象，但彼时学界未能给出合理的解释，这是历史上人类首次发现材料辐照效应。直到百年之后，Hamberg才对硅铍钇矿石可以释放潜能这一现象进行了正确的解释，这一现象的原因是放射性衰变粒子轰击材料并且产生了辐照效应。随着时间的推移科技的进步，人们注意到在外太空环境以及在高能粒子加速器环境内服役的材料始终忍受着高能高通量的粒子辐照，确保材料可在此严苛情况下保持性能正常服役是材料应用的前提条件。自此以后，材料辐照效应研究受到了越来越多的重视并且逐渐发展为一个重要的研究方向。放眼百年间对材料辐照效应的研究，其研究范围很广，研究对象包括结构材料和半导体材料等等。研究人员对永磁合金开展辐照研究主要是基于以下三种考虑：一是考虑其作为聚焦磁铁在粒子加速器中的应用和作为低温永磁波荡器在下一代光源上的应用，二是考虑其用作仪器仪表关键部件在核环境下的应用，三是考虑其在空间环境下的应用。虽然研究背景并不相同，但是落实到模拟试验上，均用是采用高能粒子(中子、质子、电子和伽?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-核反应产生的中子能量会高达14MeV。低能中子对材料的影响和高能中子对材料的影响是不同的，迄今为止，始终缺少高能量中子辐照实验的研究结果。另外，高能粒子入射到材料内部后，初级辐照损伤通常发生在辐照初期，时间量级在皮秒尺度内，这种情况下，很难通过在线监测或者通过其他方法观察点缺陷以及空位的动态演化过程。综上所述，一方面实验设备的不足和检测手段的限制使得高通量硬能谱辐照试验进展缓慢，亟需通过其他方法弥补实验不足。另一方面，在近几十年，计算机计算能力迅速提高和分子动力学理论取得了巨大进展，使得采用计算机去模拟辐照损伤过程存在了可能性。研究高能粒子对材料产生的影响，在不同的时间和空间范围内，适用的研究方法也不同，如图1-4所示[22]。最初研究人员是通过宏观物理性能对材料进行表征，随着分析测试水平的发展，逐渐开始使用透射电子显微镜和正电子湮灭光谱分析材料的微观结构和缺陷，现在还可通过计算机辅助模拟进行研究。在宏观层面，可以使用有限元方法对材料内部的应变应力进行分析。在微观领域，可以应用第一性原理、分子动力学和蒙特卡洛等方法对大小为几百万原子的体系进行模拟。图1-4不同尺度下适用的研究方法[22]辐射效应研究起源于1852年，但是使用计算机模拟技术对辐照效应进行研究却是在二十世纪中叶才开始的。从二十世纪中页开始发展至今，科学家研究出了许多理论方法和软件等，包括反应速率理论(RE)、蒙特卡洛中子计算(MCN)、分子
【参考文献】：
期刊论文
[1]原子动力学蒙特卡洛程序MISA-KMC在反应堆压力容器钢辐照损伤研究中的应用[J]. 王栋,商红慧,张云泉,李琨,贺新福,贾丽霞. 计算机科学. 2020(04)
[2]中子辐照下初级离位原子模拟研究[J]. 刘仕倡,吴宇轩,陈义学. 原子能科学技术. 2020(08)
[3]GaN中质子辐照损伤的分子动力学模拟研究[J]. 何欢,贺朝会,廖文龙,张家辉,臧航,柳文波. 原子能科学技术. 2019(06)
[4]Sm2Co17型永磁合金的辐照效应研究[J]. 李哲夫,贾彦彦,刘仁多,徐玉海,王光宏,夏晓彬. 物理学报. 2017(22)
[5]金属锆中离位级联碰撞的分子动力学模拟[J]. 陈文杰,雷洁红. 西南科技大学学报. 2017(01)
[6]锆基合金中子辐照损伤模拟的初设条件优化[J]. 蔡光博,杨亮,郭古青. 核技术. 2017(02)
[7]MD and OKMC simulations of the displacement cascades in nickel[J]. Wen-Jing Xiao,Gui-Yan Wu,Mei-Heng Li,Hui-Qiu Deng,Wei Zhang,Ping Huai,Wang-Yu Hu. Nuclear Science and Techniques. 2016(03)
[8]低能中子在锆中产生的辐照损伤的计算机模拟研究[J]. 崔振国,勾成俊,侯氢,毛莉,周晓松. 物理学报. 2013(15)
[9]Fe-Cu合金基体损伤的分子动力学模拟研究[J]. 贺新福,杨鹏,杨文. 金属学报. 2011(07)
[10]论FeCr合金辐照损伤的多尺度模拟[J]. 贺新福,杨文,樊胜. 物理学报. 2009(12)
博士论文
[1]锆的低剂量中子辐照硬化损伤及大团簇的形成机制研究[D]. 周韦.中国工程物理研究院 2018
[2]带电粒子在固体中的输运及辐照损伤建模研究[D]. 颜强.哈尔滨工程大学 2017
[3]掺氦Fe和V中辐照效应的原子模拟[D]. 胡能文.湖南大学 2016
[4]分子动力学模拟方法研究铜团簇成膜及非晶化锗材料的辐照损伤[D]. 龚恒风.兰州大学 2013
硕士论文
[1]钨辐照损伤的原子尺度模拟研究[D]. 李鸿.大连理工大学 2017
[2]掺氦钒中级联碰撞的分子动力学模拟[D]. 朱晓禄.西北师范大学 2017
[3]金属钼中级联碰撞及其诱发缺陷演化行为的模拟研究[D]. 吴贵艳.湖南大学 2016
[4]钨辐照损伤及晶界交互作用分子动力学研究[D]. 崔薇.大连理工大学 2015
[5]铝辐照损伤机理研究[D]. 冯琦杰.中国工程物理研究院 2015
[6]BCC铁和铁铜合金电子辐照缺陷演化的团簇动力学模拟[D]. 高超.上海大学 2015
[7]金属钨中级联碰撞的分子动力学模拟研究[D]. 杨晓丹.湖南大学 2014
[8]钛辐照损伤中温度效应及晶界作用计算研究[D]. 曾维鹏.大连理工大学 2013
[9]金属铁和钒中离位级联碰撞的多尺度模拟研究[D]. 王宁.湖南大学 2011
[10]Alnico永磁材料的辐照效应研究[D]. 王楠.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3307233
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