fe、ni金属单质与fe-ni金属纳米多层膜的辐照损伤机理研究

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1、中图分类号：TL99论文编号：102870615-S078学科分类号：080503硕士学位论文Fe、Ni金属单质与Fe-Ni金属纳米多层膜的辐照损伤机理研究研究生姓名杨雅慧学科、专业材料加工工程研究方向材料辐照损伤机理与调控指导教师陈达教授/院士南京航空航天大学研究生院材料科学技术学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyInvestigatio

2、nofradiationdamageinFe-NinanoscalemultilayersandcorrespondingbulkmetalsbasedonmoleculardynamicsAThesisinMaterialsProcessingEngineeringbyYangYahuiAdvisedbyProf.ChenDaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofPhilosophyMarch,2015承诺书本人声明所

3、呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要金属材料等在核电站反应堆内的高温、高压、辐照、腐蚀等极端恶劣环境下工作，极易引起材料辐照脆化，肿胀，蠕变等宏观

4、性能变化，导致机械性能下降而材料失效。研发安全性更高的新型材料、探索材料的辐照损伤机理是我国先进核能技术发展道路上亟待解决的重要课题。本文针对Fe、Ni单质金属材料和Fe-Ni金属纳米多层膜材料，利用分子动力学计算方法，开展了晶格取向、界面构型、PKA入射能量等因素对材料辐照损伤的作用机理研究。主要研究内容及结论如下：1）建立不同晶格取向的Fe、Ni单质金属模型，模拟材料在100K温度、1-10keV辐照PKA能量下的缺陷演化行为。研究结果表明，级联碰撞过程中材料缺陷经历急速上升，达到峰值，继而缓慢下降直到最终稳定的

5、过程；随PKA能量增加，缺陷峰值、最终稳定值都上升，并且达到缺陷峰值和最终稳定值的过程时间也延长，这表明辐照PKA能量的增加加剧了材料辐照损伤；不同晶格取向的Fe单质或Ni单质受相同PKA能量辐照时，最终稳定缺陷数目相近，表明晶格取向对材料的辐照损伤影响不明显；比较Fe、Ni两种单质辐照后缺陷数，发现Ni的原子离位阈值比Fe原子高，相同能量下Ni原子离位概率小，因此在相同PKA能量辐照下，Fe单质的辐照损伤较Ni单质严重。2）建立不同界面构型的Fe-Ni金属纳米多层膜模型，分别模拟了KS、NW、Bain、Pistch

6、四种界面构型的金属纳米多层膜材料，在100K温度、1-10keV辐照PKA能量下的界面损伤及界面两侧块体中的缺陷演化行为。研究结果表明，相同辐照条件下，四种界面构型金属纳米多层膜块体中缺陷数均比Fe、Ni单质少，表明金属纳米多层膜材料具有良好的耐辐照能力；此多层膜材料的四种界面受辐照后均会产生不同程度的损伤，其中NW界面原子排列紧密、界面损伤较小，但不同界面两侧块体中缺陷数目与界面构型并无关联关系。本文研究了不同晶格取向的Fe、Ni单质金属材料和不同界面构型的Fe-Ni金属纳米多层膜材料的辐照损伤机理。研究结果将有助

7、于提升我国核电工程耐辐照材料的研发水平，为发展含铁型金属纳米多层膜材料奠定理论基础。关键词：Fe-Ni金属纳米多层膜，Fe、Ni单质，分子动力学，辐照损伤，晶格取向，界面构型IABSTRACTMaterialsintheextremeirradiationenvironmentsintroducedbytheadvancednuclearreactorsystemswillhavecriticaldamagessuchasswelling,embrittlement,andacceleratedcreep,which

8、areknownasthemainlythreatensofthestabilityofmaterialmechanicspropertiesandimportantinducingfactorsofthereactormaterialsfailure.Hence,thedevelopmentoftheultrahighradiationtol