潘龍 楊奔峰

摘 要：該文通過計(jì)算機(jī)模擬方法研究Cr在Fe-Cr合金中的擴(kuò)散。用2BM（two band model）勢函數(shù)模型計(jì)算了Fe的空位形成能以及Fe-Cr合金中Cr與空位V之間的結(jié)合能、空位遷移能。按照固體中雜質(zhì)擴(kuò)散的五頻率模型，結(jié)合純鐵的分子動力學(xué)模擬，計(jì)算了合金中Cr原子的擴(kuò)散系數(shù)。此外，在不同的溫度和空位濃度條件下，對Fe-1%Cr合金直接進(jìn)行了分子動力學(xué)模擬計(jì)算，獲得了合金中Cr原子的擴(kuò)散系數(shù)，結(jié)果與五頻率模型計(jì)算結(jié)果較為一致。

關(guān)鍵字：Fe-Cr合金 擴(kuò)散 分子動力學(xué) 五頻率模型

中圖分類號：TG131 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0241-01

鐵素體/馬氏體（Ferritic/Martensitic，F(xiàn)/M）鋼具有優(yōu)異的幾何穩(wěn)定性、抗輻照腫脹和優(yōu)良的耐腐蝕性能等特性，可以作為未來聚變示范堆和第四代核反應(yīng)堆候選結(jié)構(gòu)材料之一[1]。研究表明，Cr的加入對材料的輻照性能產(chǎn)生了很大的影響[2]。F/M鋼輻照過程中會產(chǎn)生富Cr的α相，導(dǎo)致材料脆化、應(yīng)力腐蝕和化學(xué)腐蝕等性能變化[3]。目前α相的形核過程的動力學(xué)細(xì)節(jié)還不清楚，但是肯定應(yīng)與空位擴(kuò)散機(jī)制有關(guān)。核反應(yīng)堆中材料受到中子輻照，產(chǎn)生大量空位。因此要想弄懂形核機(jī)理，必須了解合金中原子擴(kuò)散過程。目前國內(nèi)外關(guān)于Cr在Fe-Cr合金中擴(kuò)散的研究尚未完善，該文采用計(jì)算機(jī)模擬方法來研究Cr在Fe-Cr合金中擴(kuò)散過程的原子尺度的相關(guān)問題。首先通過原子擴(kuò)散的五頻率模型，計(jì)算了Cr在Fe-Cr稀合金中的擴(kuò)散系數(shù)，再通過分子動力學(xué)模擬計(jì)算得到了Cr在Fe-Cr合金中的擴(kuò)散系數(shù)，對比兩者的結(jié)果，驗(yàn)證計(jì)算的準(zhǔn)確性，從而為相場模擬、動力學(xué)蒙特卡羅模擬等研究工作提供關(guān)于擴(kuò)散的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 勢函數(shù)

常用的合金體系勢函數(shù)模型是嵌入勢EAM（embedded-atom method）[4]。對于Fe-Cr體系，Olsson等人發(fā)展了雙帶模型（two band model，2BM）勢，該模型在EAM勢基礎(chǔ)上加入了s電子的貢獻(xiàn)，體系中原子i能量表示為：

3 結(jié)語

該文通過原子模擬方法和2BM勢函數(shù)，計(jì)算了Cr在Fe-Cr合金中擴(kuò)散系數(shù)。首先通過五頻率模型預(yù)測Cr原子的擴(kuò)散系數(shù)，另外用MD模擬直接計(jì)算Cr原子擴(kuò)散系數(shù)。研究表明，2BM勢適用于Cr原子在Fe-Cr合金中擴(kuò)散的研究，分子動力學(xué)和五頻率模型兩種方法的計(jì)算結(jié)果比較吻合，說明五頻率模型計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確，可用于研究雜質(zhì)在合金中的擴(kuò)散。

參考文獻(xiàn)

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