合金元素抑制镍晶界氦脆的第一原理研究OA
镍基合金在辐照环境下产生的嬗变氦(He)在晶界偏析会引发严重脆化,是限制其服役寿命的关键问题.本文采用第一性原理计算,系统研究了Cr,Mo,Nb和Ti四种合金元素与He在Ni中4种晶界中的共偏析与强化(脆化)行为.研究发现:合金元素虽不能完全抑制He的晶界偏析,但能显著降低其偏析驱动力.强化能计算结果表明,合金元素本身对晶界表现为强化作用,而He则导致晶界脆化.当二者共偏析时,合金元素能够缓解He所致的脆化程度,其中Mo和Nb的抑制效果尤为显著.通过差分电荷密度和态密度分析揭示,合金元素缓解了晶界脆化的主要原因是合金元素在晶界与Ni原子p轨道杂化引起晶界附近电子富集.同时合金元素贡献的电子部分补偿了He引起的晶界处的电子贫化,从而弥补了晶界区域的电子密度与键合强度.该研究为抗氦脆镍基合金的成分设计提供了理论依据.
马源;潘才富;王志超;曹金利;贺新福
中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所,北京102413中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所,北京102413中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所,北京102413中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所,北京102413 北京科技大学,北京100083中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所,北京102413
数理科学
镍偏析能强化能第一原理
《物理学报》 2026 (14)
P.258-265,8
科工局稳定支持项目(批准号:BJ020261224905)中核集团研发中心稳定支持项目(批准号:FW020270624795)资助的课题。
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