氮元素对奥氏体不锈钢耐辐照性能的影响

发布时间：2020-09-25 07:52

　　 含氮不锈钢具有耐磨、耐蚀等性能,在核结构材料方面具有潜在应用价值。然而在高剂量(70 dpa)的辐照过程中,含氮的奥氏体不锈钢表现出明显的辐照肿胀倾向。前人研究表明低辐照强度(5 dpa)下增加氮浓度会提升奥氏体不锈钢的辐照肿胀性能,但结果不足以说明其机制。辐照肿胀是空位聚集长大的宏观表现,而氮元素可与空位发生强烈的相互作用,因此研究氮元素与空位的相互作用及其团簇演化的规律对理解氮元素提升奥氏体不锈钢耐辐照性能的机制具有重要意义。本论文采用第一性原理计算方法研究面心立方铁基体中氮与空位相互作用形成团簇的结构特征及结构演化规律。首先本论文研究了空位周围氮元素的稳定位置,发现氮在空位附近最近邻的八面体间隙位置最稳定。其次研究了单空位俘获氮的数量上限,结果表明单空位最多可以俘获2个氮原子,且位于[100]或[010]方向的对位氮原子最稳定。随后研究了多空位多氮结合形成的团簇的稳定结构。稳定团簇分为两种类型,一种是在[110]面上延伸的带状团簇，随团簇中空位与氮数量的增加,其空位与氮的数量比趋于1,另一种是在[001]面上延伸的带状团簇,其空位与氮的数量比为2。进一步分析团簇对其它缺陷(氮,空位及其它空位与氮形成的团簇)的作用,发现氮对空位的演化的影响具有两面性。当氮含量不足以形成稳定团簇时,由于氮降低空位之间的结合能,空位具有更大的长大倾向,此时氮元素会增加奥氏体不锈钢的辐照肿胀倾向。当氮含量足以形成稳定团簇时,氮包围空位团簇分布,一方面阻碍空位团簇吸收空位继续长大,有稳定空位团簇的作用；另一方面由于氮原子间的相互排斥作用,团簇倾向于相互远离。在两方面机制的共同作用下,空位团簇的演化可能由聚集长大转变为相互远离弥散分布,从而减弱了奥氏体不锈钢的辐照肿胀倾向。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TL341

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本文编号：2826451