镍基合金辐照硬化现象的分子动力学研究

【作者】 崔文栋； 聂君锋； 陈俊宇； 何磊；

【机构】 清华大学核能与新能源技术研究院先进反应堆工程与安全教育部重点实验室；

【摘要】 镍基合金具有优秀的高温力学性能,因此被视为第四代先进核反应堆关键部件的候选材料。镍基合金在高温、辐照条件下会发生位移级联现象,产生位错环、空洞、氦泡、堆垛层错四面体等辐照缺陷,严重影响反应堆的运行安全,因此研究镍基合金中辐照缺陷的硬化机理就显得尤为重要。本研究采用分子动力学方法系统研究了不同温度下镍基合金内不同尺寸空洞与位错的相互作用,空洞属于空位型辐照缺陷,是引起材料辐照肿胀的主要因素,同时也会引起材料的辐照硬化和辐照脆化。研究发现,发现空洞的存在会造成位错的钉扎,阻碍位错的运动,位错与空洞的相互作用过程均可以分为位错克服晶格阻力、位错滑移、先导位错与缺陷相互作用、跟随位错与缺陷相互作用、位错解钉扎五个阶段。同时,研究发现,位错与空洞相互作用是一个热激活过程,温度的升高会降低二者相互作用的临界分剪切应力(CRSS);空洞尺寸越大,空洞钉扎的位错段越长,CRSS越大。本研究为评估镍基合金在高温和辐照条件下的宏观力学行为提供了依据,可作为细观尺度模拟材料力学性能变化的关键输入参数。更多还原