中温低张应力下磷在2．25Cr-1Mo钢中的晶界偏聚研究

采用俄歇电子能谱仪(AES)研究了在520 ℃,40 MPa的张应力下2.25Cr-1Mo钢中磷元素的晶界偏聚行为.经检测发现磷在晶界处发生了明显的非平衡晶界偏聚现象,其临界时间为0.5 h,此时磷原子的偏聚量为14.82%(原子百分比).根据徐庭栋的中温低张应力引起的非平衡晶界偏聚理论模型进行分析,发现张应力使磷-空位复合体的扩散系数增加了1个数量级,使磷原子的扩散系数降低了4个数量级,且俄歇试样的断口形貌与晶界磷原子的偏聚结果相一致.     

一种确定空位—溶质原子复合体扩散系数的方法

本文提出了一种通过测定非平衡晶界偏聚临界时间确定空位-溶质原子复合体扩散系数的方法。按照这种方法,测出含硼Fe-30wt％Ni合金中空位-硼原子复合体的扩散系数D_v=1×10~(-5)exp(-0.94/KT)。与此同时,也确定出扩散距离公式X=2δ~(1/2)(Dt)~(1/2)中的扩散常数δ,对于上面提到的合金,其空位-硼原子复合体和硼原子的扩散常数δ=0.48。     

Cr在Fe-Cr合金中扩散过程的原子尺度模拟研究

该文通过计算机模拟方法研究Cr在Fe-Cr合金中的扩散。用2BM(two band model)势函数模型计算了Fe的空位形成能以及Fe-Cr合金中Cr与空位V之间的结合能、空位迁移能。按照固体中杂质扩散的五频率模型,结合纯铁的分子动力学模拟,计算了合金中Cr原子的扩散系数。此外,在不同的温度和空位浓度条件下,对Fe-1%Cr合金直接进行了分子动力学模拟计算,获得了合金中Cr原子的扩散系数,结果与五频率模型计算结果较为一致。     

一种实验确定多晶材料晶界区弹性模量的方法

基于张应力作用引起的溶质非平衡晶界偏聚理论模型,提出了通过测量张应力引起的溶质非平衡晶界偏聚量,求多晶材料晶界区弹性模量的方法,并借助于Misra的实验结果求得2.6 Ni-Cr-Mo-V钢883 K温度下晶界区的弹性模量为Egb=2.03×109 Pa. 所得结果与Kluge等理论计算的晶界区弹性模量在数量级上(定性)一致,证实了多晶材料晶界区具有比通常认为的更低的弹性模量.     

Al-Mg-(Si)-(Sc)-(Zr)合金时效初期微结构演化的模拟研究

运用蒙特卡罗方法计算模拟了加入微合金元素Si,Sc和Zr的Al-Mg合金时效初期微结构的演化过程,分析了微结构演化过程中溶质原子偏聚的特征及其与空位的相互作用;对Si,Sc和Zi与空位复合体的尺寸及空位周围原子的概率分布进行讨论,揭示了空位作用的机理.     

Al-Cu-(Si)-(Sc)-(Zr)合金时效初期微结构演化模拟分析

运用蒙特卡罗方法计算模拟加入微合金元素Si,Sc和Zr的Al-Cu合金时效初期微结构的演化过程,分析微结构演化过程中溶质原子偏聚的特征及其与空位的相互作用,讨论Si,Sc,Zi与空位复合体的尺寸及空位周围原子的概率分布。结果表明,Sc原子与空位之间存在较强的相互吸引作用,使得合金中空位的可动性降低,Cu原子赖以扩散的空位急剧减少,从而导致Cu原子簇丛聚程度大幅度降低;微量的Si使Al-Cu-（Si）合金中的空位明显减少,而且Sc与空位的强烈相互作用也使得空位团簇化加剧。     

高能氦粒子对N型磷掺杂硅半导体辐照效应的模拟研究

利用SRIM模拟软件对硅太阳能电池板的减反射膜和N型磷掺杂硅半导体进行了氦粒子辐照模拟实验,实验可知10Me V高能氦粒子对减反射膜几乎不会产生大的损伤,对减反射膜辐照损伤是长期的累积效应。高能氦粒子的辐照损伤主要集中在N型磷掺杂硅半导体内部,这种内部损伤是个短期内快速累积效应。每个辐照氦粒子会在硅半导体材料内部把自身的能量释放出来,导致硅半导体材料内部发生离化现象,造成损伤,这种损伤包括原子离位、原子反冲、原子替换、空位的形成等,会产生平均空位率为394个空位,产生的粒子平均离位率为427个离位原子,会导致大量原子发生级联碰撞。     

硅功率器件的电子辐照效应及其机理

电子辐照硅功率器件是七十年代初发展起来的新工艺,它利用加速器产生高能电子流辐照硅功率器件,使硅材料晶格中的点阵原予发生位移,造成简单的品格空位和间隙原子。这些空位和问隙原子要和硅中的其它杂质、空位相互作用,组成缺陷络合物,形成了深能级的复合中心,如氧宅位对、磷空位对、双空位对等,以控制少子寿命.为了克服目     

UO_2核燃料中Xe气泡演化的相场模型与分析

在UO_2核燃料中,由于空位和Xe气体原子形成能较大,导致其在核燃料基体中的热平衡浓度极低,因此通过传统相场方法难以定量地研究UO_2中气泡的演化过程.本文针对这一问题,提出了一个定量的相场模型.根据热力学理论以及KKS模型推导出系统的自由能密度方程.利用该相场模型可以研究极低空位和Xe气体原子浓度下纳米尺度气泡生长演化过程.本文分别研究了空位和Xe气体原子产生速率以及温度和温度梯度对气泡演化的影响.研究发现在高温和高的空位以及Xe气体原子产生速率下气泡生长较快.纳米尺度的气泡在向高温区移动过程中沿温度梯度方向被拉长.同时模拟结果也证实了核燃料中心空洞的形成.基于本模型的模拟结果与经典速率理论以及实验观察一致.     

磷生铁和钢爪尺寸对铝电解槽阳极物理场的影响

铝电解槽阳极中,磷生铁和钢爪起到热、电和结构连接的作用.采用数值模拟的方法,研究了磷生铁和钢爪的尺寸对阳极物理场的影响.基于ANSYS有限元软件,建立了三维热-电-应力耦合模型.考察了不同的钢爪直径和磷生铁厚度对阳极的热-电-应力分布的影响.结果表明,钢爪直径不变时,随着磷生铁厚度从12.5mm增加到32.5mm,阳极温度场和应力的变化可以忽略,而阳极电压降降低了17.7mV.在磷生铁厚度不变的情况下,当钢爪直径从135mm增加到175mm时,阳极钢爪、炭块和磷生铁的温度最高可以降低50℃,阳极电压降降低了26.4mV,而阳极炭块的受力增加了.     

酸性环境中高强度低合金钢抗SSC性能及氢渗透机理研究

依据NACE TM 0177-2005标准A法SSC实验结果,结合高强度低合金钢的成分、组织、力学性能分析,研究其抗SSC性能,探讨固溶氢含量、氢渗透速率与高强度低合金钢抗SSC性能的关系。研究结果表明:在加载应力为85%YSmin的条件下,抗酸性C110钢通过了NACE TM 0177-2005标准A法检测,具有良好的抗SSC性能。在NACE TM 0177-2005标准A溶液中,抗酸性C110钢的固溶氢含量及氢的有效扩散系数分别为5.2 m L/100g和3.22×10-7cm2/s,相比于普通P110钢,其非金属夹杂程度较低,固溶氢含量及氢的有效扩散系数较小;抗酸性C110钢的稳态氢扩散电流密度及原子氢晶格扩散系数分别为54.1μA/cm2和9.7×10-7cm2/s,相比于普通P110钢,其稳态氢扩散电流密度及原子氢晶格扩散系数较小。随着溶液p H值降低,酸性增强,抗酸性C110钢的氢晶格扩散系数仅稍微增大,在较低p H值的酸性环境中,相比于普通P110钢,C110钢仍具有良好的抗SSC性能。     

气体分子扩散的蒙特卡罗模拟

使用蒙特卡罗方法,对气体分子在背景气体中扩散的过程进行了计算机模拟,背景气体均匀分布于三维无界空间中。模拟结果显示,气体分子的扩散是各向同性的,扩散经历的时间越长,分子分布的范围越大,分子扩散的方均位移与时间成正比关系。使用本文的模拟方法还可估算气体扩散系数的数量级,对1标准大气压下、15°C时氧气的自扩散系数,以及氧气在氮气中的互扩散系数进行了估算,得到的扩散系数数量级与实验测量结果符合得很好。     

CO2在饱和稠油岩心中的扩散及仿真模拟

探讨CO_2在稠油油藏中的扩散传质规律及影响因素。通过分析CO_2在饱和稠油岩心中的扩散过程,建立了物理模型及数学模型;并将其与CO_2状态方程进行耦合,建立了求解扩散系数的压降模型,利用该模型拟合实验数据,求得扩散系数;利用该结果及实验条件,进行扩散过程的仿真模拟。结果表明,CO_2在饱和稠油岩心中扩散系数的数量级为10~(-10),契合已有研究结果;此外,孔隙直径、稠油与CO_2的接触面积等因素影响CO_2在饱和稠油岩心中的扩散特征。利用压降模型拟合实验数据的方法可有效求取CO_2在饱和稠油岩心中的扩散系数,且仿真模拟可实现扩散过程的可视化及因素分析。     

马氏体钢中铬原子对空位-氦团簇作用的第一性原理研究

利用第一性原理计算方法研究了Cr原子对纯Fe和Fe9Cr合金中空位-氦(VacHe_n)团簇类型缺陷的影响.研究发现小的He_n团簇也会引起强烈的晶格畸变,尤其是He_n团簇周围的自间隙Fe原子倾向于产生自发射现象,即：Fe原子仍然倾向于从He_n团簇附近转移到无穷远,但当n>2时Fe9Cr的空位形成能低于纯Fe,这表明Cr原子可以在一定程度上提高Fe原子在He_n团簇周围的稳定性.另外,VacHe_n在纯Fe中比在Fe9Cr合金中更稳定,并且Fe9Cr合金中的空位团簇对He原子的俘获能的明显小于纯Fe中的俘获能,这表明溶解Cr原子的斥力会削弱He原子的聚集.研究结果有助于阐释He泡马氏体钢的生长机理及其对其稳定性和机械性能的影响.     

空位缺陷对单层石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响

采用Tersoff势对完美的和含空位缺陷的单层石墨烯薄膜的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟,分别研究了单个单原子空位缺陷和单个双原子空位缺陷对扶手椅型和锯齿型石墨烯拉伸力学性能及变形机制的影响.研究结果表明,单原子空位缺陷和双原子空位缺陷对扶手椅型和锯齿型石墨烯薄膜的杨氏模量没有影响,但在一定程度上降低了拉伸强度和拉伸极限应变.单原子空位缺陷和双原子空位缺陷使拉伸强度降低幅度最高达8.10%和6.41%,并大幅度降低极限应变.缺陷对石墨烯的拉伸变形破坏机制也有一定的影响.在外载作用下,新的缺陷的萌生位置均出现在空位缺陷附近.     

金属钨中氦团簇扩散与形核特性的分子动力学研究

本文应用分子动力学方法模拟研究了氦团簇在金属钨中的扩散特性,得到了不同大小团簇的扩散系数,结果表明氦团簇越大,扩散越慢.氦团簇越大越容易激发出自间隙钨原子,且大的氦团簇只需要很低的钨基体温度即可激发.在金属钨中加入125个氦原子（氦浓度低于0.1%）,研究了氦团簇的形核特性.通过比较氦团簇、自间隙团簇和空位团簇3种缺陷的尺寸分布发现,氦团簇的尺寸在800 K达到最大值,其它两种缺陷尺寸随温度的增加而逐渐增大.     

基于晶界偏聚理论的应力与回火脆化作用的机理

应用平衡晶界偏聚理论模拟了应力与回火脆化相互作用后的杂质元素P的晶界偏聚过程,通过俄歇电子能谱试验对模拟计算结果进行验证,理论计算与试验结果的一致性表明:应力降低了杂质元素P的扩散系数,在无应力、468℃回火脆化处理过程中,杂质元素P的扩散系数为1.62×10-20m2/s,而在146.68MPa拉应力作用下,杂质元素的扩散系数降低为1.28×10-20m2/s;应力对2.25Cr-1Mo钢回火脆化具有一定的阻碍作用,且这种作用随着回火脆化程度的增加而逐渐增大,二者满足Δcp(S)=0.002exp(cp/0.292)+0.053关系.     

OⅡ空位BaZrO3晶体的第一性原理研究

利用第一性原理对BaZrO3块材的OⅡ空位进行研究.由于存在OⅡ空位,O原子分别与Zr原子和Ba原子发生相互作用,原子弛豫改变晶体的结构,从而使晶常数格a,b和c各不相同.因此,通过对布居数、态密度和能带进行分析,证明OⅡ空位使BaZrO3晶体结构发生了改变.     

磷掺杂金刚石薄膜的电子结构及空位对其的影响

为了更好地理解磷掺杂金刚石薄膜的成键机理,和磷掺杂浓度对金刚石晶格完整性及电导率的影响,本文通过第一性原理的方法计算了不同磷掺杂浓度的金刚石晶格的电子结构和引进空位后的磷掺杂金刚石薄膜的态密度.计算的结果表明,一方面,磷原子只对它附近的几个原子内的成键有影响,电导率随着掺杂浓度的增加而增加.而另一方面,在总原子数为64的金刚石晶格中磷原子非最近邻位置增加一个空位后,我们发现不但可以改善磷掺杂金刚石薄膜的损伤,还可以有效地提高n型金刚石薄膜的电子电导率.     

体液无机离子在镁表面的腐蚀机理

为揭示镁在人体中的腐蚀机理,通过分子动力学模拟方法研究计算了体液中无机离子Cl-、SO2-4、HCO3-和HPO2-4在镁表面的腐蚀,并用实验对模拟的结果进行了验证.研究结果表明:体系加入无机离子后,破坏了水分子的稳定结构,模拟体系的扩散系数明显增大.不同离子溶液与Mg(0001)表面的主要作用力为化学键Mg—O,其会很大程度地破坏镁致密的晶格结构,使镁的表面结构变得疏松有孔.其次,溶液中的Cl-、SO2-4、HCO3-和HPO2-4会通过孔隙进入镁结构内部,通过Mg—Cl、Mg—S、Mg—C和Mg—P间相互作用力拉大Mg—Mg的键长,使得其结构更加疏松,进一步加快其腐蚀进程.加入Cl-、SO2-4、HCO3-和HPO2-4以后,会生成氧化物MgOx H2x,使镁的腐蚀大幅度加快.加入Cl-以后,会生成HCl,加入SO2-4以后,O原子会把Mg原子拉出Mg层,Mg原子会溶入溶液,从而使镁层腐蚀.加入HCO3-以后,会生成H3 CO4.HPO2-4的加入,会生成弱酸H2 PO4.这些生成物都会对镁的腐蚀产生很大的影响.结果表明:加入无机离子后,模拟体系的氧化反应程度增大,增大了镁的腐蚀程度.生成物中若含有HCl、H2 SO4,其体系中镁的腐蚀剧烈,程度较深.生成物中若含有OH-,其也会对镁的腐蚀产生影响,但其生成量很少,影响程度有限.生成物中若含有H2 CO3、H3 PO4等弱酸,对镁的腐蚀作用相对较小,说明Cl-、SO2-4是引起镁腐蚀的主要原因.