纳米结构铁素体合金中氦捕获的第一性原理研究  

First principles study of helium trapping in nano-structured ferritic alloys

作　　者：江勇[1,2,3] 杨力通 金亚楠[4] 周张健[5] 吕铮[6] 

机构地区：[1]中南大学材料科学与工程学院,长沙410083 [2]中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙410083 [3]中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,长沙410083 [4]清华大学材料科学与工程学院,北京100084 [5]北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083 [6]东北大学材料与冶金学院,沈阳110819

出　　处：《中国有色金属学报》2015年第12期3370-3380,共11页The Chinese Journal of Nonferrous Metals

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51471189;51171211;51471049);国家重点基础研究发展计划资助项目子课题(NC2014CB644001-2);中南大学粉末冶金国家重点实验室自主项目

摘　　要：基于第一性原理计算研究纳米结构铁素体合金(NFAs)对中子辐照引发的氦的选择性捕获能力。结果表明与铁基体中的空位相比,氦更容易被NFAs中Y_2Ti_2O_7的八面体间隙和Y_2TiO_5沿b轴方向的中空通道捕获;被氧化物捕获的氦相互间存在排斥作用,说明氦在NFAs中的分散度将在很大程度上取决于氧化物的析出分数和弥散度;通过计算界面相图推断,铁素体/Y_2Ti_2O_7界面应为富Y/Ti型,与实验观测到的Y_2Ti_2O_7析出相的非化学计量比特性吻合;氦对Fe/Y_2Ti_2O_7界面有较强的偏聚倾向,且可能对氧化物颗粒尺寸敏感。较大尺度的Y_2Ti_2O_7能够将氦捕获在界面和体内,而低纳米尺度的Y_2Ti_2O_7更倾向于将氦捕获在界面。First principles was studied for assessing the relative stabilities of transmutant helium trapping in Y2Ti2O7,Y2TiO5 and the ferrite matrix in nano-structured ferritic alloys（NFAs）.The results suggest that,helium in NFAs prefers to occupy individual octa-interstitial sites of Y2Ti2O7 and the open channels along the b axis of Y2TiO5.The helium self-interaction in Y2Ti2O7 is essentially repulsive,suggesting that the dispersion of helium in NFAs might,to a large extent,depend on the number and dispersion of Y2Ti2O7 in the iron matrix.The calculated interface phase diagram predicts the ferritic/Y2Ti2O7 interfaces in NFAs as Y/Ti-rich,in agreement with the experimentally observed non-stoichiometric nature of Y2Ti2O7 precipitates in NFAs.Segregation tendency of helium to the ferritic/Y2Ti2O7interface can be sensitive to the size of Y2Ti2O7.

关 键 词：纳米结构铁素体合金 氦 Y2Ti2O7 Y2TiO5 第一性原理 

分 类 号：TG142[一般工业技术—材料科学与工程]