von Zhao Weiwei und Li Xiaolin, Hefei Institute of Physical Science, Chinesische Akademie der Wissenschaften
Kürzlich entwickelte die Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Liu Changsong vom Institute of Solid State Physics (ISSP), Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) der Chinese Academy of Sciences (CAS) eine Reihe von Software zur Simulation der Entwicklung von Verschiebungsschäden in polykristalline Metalle auf allen Zeit- und Raumskalen, die als Object Kinetic Monte Carlo-Gitter Kinetic Monte Carlo (OKMC-LKMC) Hybridisierungssimulationssoftware bezeichnet wurde.
Unter Verwendung dieser Software untersuchte das Forschungsteam die Akkumulation und Entwicklung von Leerstellen an Korngrenzen (GBs) von Eisen (Fe).
Die Ergebnisse wurden im veröffentlicht Zeitschrift für Kernmaterialien.
Es wurde festgestellt, dass polykristallines/nanokristallines (PC/NC) Fe eine verbesserte Strahlungsbeständigkeit aufweist. In früheren Mehrskalensimulationen wurden GBs oft als zweidimensionale Ebenen ohne spezifische Strukturen abstrahiert, und eine Reihe von energetischen und kinetischen Parametern wurden verwendet, um die strukturellen Eigenschaften von GBs zu charakterisieren.
Die Vielfalt des GB-Charakters führt jedoch dazu, dass GBs unterschiedliche lokale Strukturen und Defekteigenschaften aufweisen. Wenn diese Eigenschaften einfach als ein einziger Wechselwirkungsparameter abstrahiert würden, würden viele atomare Informationen in Bezug auf Defekte übersehen, wodurch die genaue Vorhersage der Defektentwicklung auf einer langen Zeitskala beeinträchtigt würde.
Die in dieser Forschung entwickelte Technologie kann nicht nur die räumliche Positionsabhängigkeit von Defekteigenschaften an GBs unterscheiden, sondern auch die Entwicklung von Defekten weg von der GB-Region auf grobkörnige Weise simulieren.
Die Forscher untersuchten die Akkumulationsmechanismen von Vs an Fe-GBs, wobei sie sich hauptsächlich auf die Interaktionsprozesse von Vs mit verschiedenen GBs konzentrierten.
Die Ergebnisse verdeutlichten die Abhängigkeit der Vs-Akkumulation vom GB-Charakter. Bei hoher Temperatur wurden die atomaren Prozesse der V-Emission und -Leckage zusätzlich zum wohlbekannten Einfangen des V durch GB entdeckt. Das Auftreten dieser Prozesse hängt vom GB-Charakter ab. Basierend auf der Kombination von Korngröße, V-Bildungsenergie am GB und Migrationsenergiebarriere innerhalb des GB wurde die Kopplungsgleichung von Korngröße mit GB-Charakter vorgeschlagen.
Wenn diese Gleichung erfüllt ist, wird der Fehleremissionsprozess, der ursprünglich in der Region mit hohem Energieniveau aufgetreten ist, durch die Fehlerkreuzung entlang des GB gehemmt. Dadurch entsteht insbesondere bei kleiner Korngröße die Unsicherheit über das Verhältnis der Strahlungsleistung zur Defekt-GB-Bindungsstärke.
Diese Arbeit zeigt neue V-GB-Interaktionsprozesse sowie die Kopplung zwischen diesen Prozessen auf. Diese Ergebnisse sind von allgemeiner Bedeutung für andere PC-Systeme, die Aufschluss über das Strahlungsverhalten von PC-Materialien geben können, und liefern einen Referenzmechanismus für die experimentelle Optimierung der Strahlungsbeständigkeit von Materialien auf der Grundlage von GB-Engineering.
Mehr Informationen:
Xiaolin Li et al, Mechanismus der Leerstellenakkumulation an Eisenkorngrenzen: Der Einfluss des Korngrenzencharakters und seine Kopplung mit der Korngröße, Zeitschrift für Kernmaterialien (2023). DOI: 10.1016/j.jnucmat.2023.154386
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