Fe-Cr-W合金内富Cr团簇形核析出动力学的原子动力学蒙特卡罗模拟 被引量：2

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作者 贾丽霞 王东杰 +5 位作者 王瑾 曹金利 豆艳坤 吴石 贺新福 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1385-1396,共12页

低活化铁素体马氏体钢被认为是第四代堆及聚变反应堆候选结构材料之一。低活化铁素体马氏体钢以Fe-Cr为基体,W是其中重要的溶质元素。低温辐照脆化行为是限制低活化铁素体马氏体钢服役的重要问题之一。服役过程中析出的团簇因阻碍位错... 低活化铁素体马氏体钢被认为是第四代堆及聚变反应堆候选结构材料之一。低活化铁素体马氏体钢以Fe-Cr为基体,W是其中重要的溶质元素。低温辐照脆化行为是限制低活化铁素体马氏体钢服役的重要问题之一。服役过程中析出的团簇因阻碍位错运动而引起材料硬化脆化。深入理解服役过程中团簇析出行为有助于认识低活化铁素体马氏体钢的低温辐照脆化问题。基于优化后的自主开发程序MIET_AKMC,利用原子动力学蒙特卡罗(atomic kinetic Monte Carlo, AKMC)方法研究了Fe-Cr(8%,10%,16%,20%)-W(1%,2%)合金在热老化条件下富Cr团簇形核析出动力学行为。结果表明,热老化后Cr原子析出形成富Cr的团簇,W仍保持固溶状态。Cr团簇析出分为形核、长大、粗化3个阶段。在团簇开始粗化时,团簇平均半径约(0.57±0.03) nm,且该值不受温度和Cr含量的影响。W会延迟团簇析出动力学过程,尤其是当Cr含量为10%时,延迟效果最明显,这是因为Cr含量为10%时,体系SRO参数绝对值达最大;W延迟效果得益于W与空位间较强的结合能(0.14 eV,空位与Cr结合能为0.06 eV)。从模拟结果可知,除已知的固溶强化外,W元素加入会通过延迟富Cr团簇析出从而有益于Fe-Cr钢性能,因为富Cr团簇会引起Fe-Cr合金硬化、脆化。 展开更多

关键词 低活化铁素体马氏体钢 富cr团簇 原子动力学蒙特卡罗方法 析出动力学

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纳米电极与工件中Cr团簇的相互作用研究

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作者 陈志舜 何道伟 +1 位作者 李勇 王利光 《黑龙江大学自然科学学报》 CAS 北大核心 2012年第5期686-690,共5页

在纳米电极对不锈钢工件进行超精细加工过程中,以工件中铬(Cr)原子为基构成Cr团簇,分别模拟了钨与镍纳米电极与Cr团簇间的电子透射加工过程,通过电子传导的量子计算方法,研究了电极与Cr团簇系统的能量、电子态密度、电子传输过程的隧穿... 在纳米电极对不锈钢工件进行超精细加工过程中,以工件中铬(Cr)原子为基构成Cr团簇,分别模拟了钨与镍纳米电极与Cr团簇间的电子透射加工过程,通过电子传导的量子计算方法,研究了电极与Cr团簇系统的能量、电子态密度、电子传输过程的隧穿。考虑到加工过程中电极的耗损使间隙发生变化,还研究了电极和Cr团簇间距离变化时对态密度和电子传输的影响。能量结果显示镍电极系统具有较高的能量,而钨电极系统的能隙比较小,但电子都具有很好的穿透性。电子态密度和电子透射结果说明钨电极与Cr团簇系统的电子态密度和电子传输都大于镍电极与Cr系统,并且具有量子传输特性。电极与Cr团簇间距改变与电子态密度和电子传输关系显示,其间距达到0.41 nm时,电子传输近乎截止,系统基本已经失去了电子透射和加工能力。 展开更多

关键词 纳米电极 cr团簇 电子传输 态密度

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团簇Fe3Cr3电子自旋与磁性分析 被引量：2

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作者 廖薇 方志刚 +2 位作者 赵振宁 李历红 秦渝 《复旦学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期216-222,共7页

本文设计了团簇Fe3Cr3理论模型并对非晶态合金Fe-Cr二元体系进行模拟,以密度泛函理论为基础在Gaussian09程序中选用B3LYP/Lanl2dz方法对初始构型进行优化计算,最终确定8种三重态优化构型.从电子自旋角度先后对成单电子分布情况及电子自... 本文设计了团簇Fe3Cr3理论模型并对非晶态合金Fe-Cr二元体系进行模拟,以密度泛函理论为基础在Gaussian09程序中选用B3LYP/Lanl2dz方法对初始构型进行优化计算,最终确定8种三重态优化构型.从电子自旋角度先后对成单电子分布情况及电子自旋磁矩展开研究,以此对团簇各构型的磁学性质进行细致分析.结果表明:d轨道上的成单α电子是电子自旋磁矩与磁性的主要贡献者;s与p轨道上的异自旋方向成单电子在一定程度上会削弱构型的稳定性;另外,本文从微观角度证明过渡金属Cr对构型磁矩的贡献最大从而对团簇磁性的影响也最大,继而对已有的“Cr的含量多少会对非晶态合金Fe-Cr的磁性强弱产生极大影响”宏观研究提供了理论支撑与解释. 展开更多

关键词 团簇Fe3cr3 电子自旋 磁矩 磁性 密度泛函理论

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团簇Fe3Cr3的电子性质与成键 被引量：3

4

作者 廖薇 方志刚 +2 位作者 赵振宁 李历红 秦渝 《辽宁科技大学学报》 CAS 2019年第2期101-106,共6页

为深入研究Fe-Cr非晶态合金的特性,以团簇Fe3Cr3为模型,运用密度泛函理论中的B3LYP/Lan12dz方法进行优化,共得到14种稳定构型。对其电子性质进行分析,发现团簇Fe3Cr3中电子主要流向为Cr→Fe,即Cr原子具有强供电子能力,为主要电子供体,... 为深入研究Fe-Cr非晶态合金的特性,以团簇Fe3Cr3为模型,运用密度泛函理论中的B3LYP/Lan12dz方法进行优化,共得到14种稳定构型。对其电子性质进行分析,发现团簇Fe3Cr3中电子主要流向为Cr→Fe,即Cr原子具有强供电子能力,为主要电子供体,且其给出的电子主要来源于Cr-3d和Cr-4s轨道;在构型1(3)中Fe2原子也具有微弱的供电子能力;构型的多重度对团簇内部电子流动以及各原子外层轨道中电子的转移方向具有一定影响;构型4(1)电子转移能力最大,构型8(3)最小。另对团簇Fe3Cr3三重态构型的成键研究表明,Fe-4s态和Cr-4s态对总态密度的贡献都极少;Fe-Cr成键的杂化方式主要有d-d杂化、p-p-d-d杂化和p-p-d杂化三种;构型成键稳定性较强的主要原因是Cr-4p态与Cr-3d态之间形成了p-d强杂化作用。 展开更多

关键词 团簇Fe3cr3 电子性质 成键 密度泛函理论

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团簇Fe3Cr3异构转化热力学与动力学研究 被引量：1

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作者 廖薇 方志刚 +2 位作者 赵振宁 李历红 秦渝 《福州大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2020年第3期388-394,共7页

依据密度泛函理论,在B3LYP/Lan12dz水平下运用Gaussian09程序,对团簇Fe3Cr3初始构型作优化计算,共得到8种三重态优化构型.先后从热力学和动力学角度对根据过渡态理论所得4种异构化反应展开研究.结果表明,基础构型的能量越低即构型越稳... 依据密度泛函理论,在B3LYP/Lan12dz水平下运用Gaussian09程序,对团簇Fe3Cr3初始构型作优化计算,共得到8种三重态优化构型.先后从热力学和动力学角度对根据过渡态理论所得4种异构化反应展开研究.结果表明,基础构型的能量越低即构型越稳定则易于转化,而能量越高即越不稳定则越不易转化.此外,研究预测团簇Fe3Cr3三重态构型所能发生异构化反应的平衡常数K值范围为26.84~1.78×10^52;由构型的热力学函数变化量结合范特荷夫方程,可对常温下未知异构化反应的热力学函数变化量及反应在不同温度下发生时的限度进行预测. 展开更多

关键词 团簇Fe3cr3 异构转化 过渡态 范特荷夫方程 密度泛函理论

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团簇Fe3Cr3的磁学性质 被引量：1

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作者 廖薇 方志刚 +2 位作者 赵振宁 李历红 秦渝 《辽宁科技大学学报》 CAS 2019年第3期192-196,201,共6页

以团簇Fe3Cr3为模型,采用密度泛函理论中的B3LYP/Lan12dz方法对设计出的初始构型进行优化计算得到14种优化构型,从电子自旋态密度图和磁矩等角度对具有磁性的8种三重态构型展开研究,发现团簇Fe3Cr3三重态优化构型的磁性主要由d轨道上的... 以团簇Fe3Cr3为模型,采用密度泛函理论中的B3LYP/Lan12dz方法对设计出的初始构型进行优化计算得到14种优化构型,从电子自旋态密度图和磁矩等角度对具有磁性的8种三重态构型展开研究,发现团簇Fe3Cr3三重态优化构型的磁性主要由d轨道上的成单α电子贡献,p轨道为次要贡献者,能量较低的s轨道则不易存在成单电子,但也有极少贡献;对各原子的磁矩进行分析发现,Fe原子和Cr原子在团簇Fe3Cr3不同能量范围内的三重态优化构型中对磁性的作用效果和作用强度都不同;在原子磁矩正负分布情况相同的构型中,能量较低者其磁矩分布范围普遍大于能量较高者,且原子磁矩的分布范围在构型5(3)最大,构型4(3)次之。 展开更多

关键词 团簇Fe3cr3 自旋态密度 磁性 密度泛函理论

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团簇Fe_3Cr_3的结构稳定性与成键

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作者 廖薇 方志刚 +2 位作者 赵振宁 李历红 秦渝 《辽宁科技大学学报》 CAS 2018年第4期260-266,共7页

依据密度泛函理论(DFT)中的B3LYP/Lan12dz方法对团簇Fe_3Cr_3的初始构型进行优化计算,最终得到15种稳定构型,分别为单帽三角双锥型、五棱锥型和四角双锥型。对单、三重态下每个优化构型的校正能(E_(ZPE))、吉布斯自由能(G)、结合能(EBE... 依据密度泛函理论(DFT)中的B3LYP/Lan12dz方法对团簇Fe_3Cr_3的初始构型进行优化计算,最终得到15种稳定构型,分别为单帽三角双锥型、五棱锥型和四角双锥型。对单、三重态下每个优化构型的校正能(E_(ZPE))、吉布斯自由能(G)、结合能(EBE)和吉布斯自由能变(△G)4个能量参数进行比较分析,并分别研究不同成键类型的平均键长、平均键级和键级贡献比例。结果表明:团簇Fe_3Cr_3三重态下的构型普遍比单重态稳定。其中,构型1(3)稳定性最好;构型7(1)稳定性最差。Fe-Fe成键键级是单、三重态构型稳定性的主要贡献者,但多重度影响其成键强度,且其在三重态构型中的贡献比例高于单重态构型。三重态构型中Cr-Cr成键贡献最少,而单重态构型中Fe-Cr成键贡献最少,同时其键级占比小于两个重态下其它的成键类型。 展开更多

关键词 团簇Fe3cr3 结构 能量 成键 密度泛函理论

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团簇Fe_3Cr_3催化性质与反应活性

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作者 廖薇 方志刚 +2 位作者 赵振宁 李历红 秦渝 《辽宁科技大学学报》 CAS 2019年第1期63-70,共8页

基于密度泛函理论,获得团簇Fe_3Cr_3的优化构型。从前线轨道角度对其催化性质展开研究,结果如下:团簇Fe_3Cr_3可能具有以Fe原子为主、Cr原子为辅的双催化中心;构型8^((3))催化活性最强,构型5(1)最弱;团簇Fe_3Cr_3在作催化剂时具有较强... 基于密度泛函理论,获得团簇Fe_3Cr_3的优化构型。从前线轨道角度对其催化性质展开研究,结果如下:团簇Fe_3Cr_3可能具有以Fe原子为主、Cr原子为辅的双催化中心;构型8^((3))催化活性最强,构型5(1)最弱;团簇Fe_3Cr_3在作催化剂时具有较强提供电子的能力和相对较弱的接受电子的能力。另分析了三重态不同构型的反应活性,发现团簇Fe_3Cr_3提供电子的能力普遍比接受电子的能力强;构型3^((3))反应活性最弱而6^((3))较弱;构型7^((3))与8^((3))均具较强反应活性,且构型8^((3))提供电子的能力远大于接受电子的能力。此外,构型2^((3))在化学反应中活性一般。 展开更多

关键词 团簇Fe3cr3 前线轨道 催化性质 反应活性 密度泛函理论

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FeCr合金中Cr析出物导致硬化的纳米压痕模拟

9

作者 汪淑敏 贺新福 曹金利 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第2期444-451,共8页

本文利用分子动力学对纯Fe、Fe-12Cr以及加入Cr团簇的Fe晶体进行了[100]、[110]及[111]晶向的纳米压痕模拟。模拟结果表明:不同晶向硬度大小顺序为[111]>[110]>[100],原因在于激活滑移系的难易程度和激活的滑移系数目不同;相对于F... 本文利用分子动力学对纯Fe、Fe-12Cr以及加入Cr团簇的Fe晶体进行了[100]、[110]及[111]晶向的纳米压痕模拟。模拟结果表明:不同晶向硬度大小顺序为[111]>[110]>[100],原因在于激活滑移系的难易程度和激活的滑移系数目不同;相对于Fe-12Cr合金,加入Cr团簇阵列的Fe基体表现出明显的硬化效应,说明Cr析出导致的Fe的硬化远超过固溶Cr元素;通过对压痕过程中基体内位错及其与团簇之间相互作用的行为分析发现,Cr团簇的加入略延缓了位错形核,但显著阻碍了位错扩张,位错需要穿过Cr团簇才能继续在基体内运动,因此加入Cr团簇后会明显降低位错的长度以及塑性区的大小;Cr团簇对位错运动的阻碍是Cr团簇导致基体硬化的根本原因。 展开更多

关键词 分子动力学 纳米压痕 cr团簇 硬化 位错

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FeCr合金中Cr含量对微观结构影响的原子尺度模拟研究 被引量：3

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作者 贾丽霞 贺新福 +3 位作者 王东杰 吴石 豆艳坤 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1040-1048,共9页

低温辐照脆化是影响铁素体/马氏体(F/M)钢服役的主要问题之一。F/M钢低温辐照脆化的主要机理是辐照产生的纳米缺陷(如位错环、α′相(富Cr团簇)等)阻碍位错运动。本文利用分子动力学方法和迈氏蒙特卡罗方法对F/M钢模型材料——FeCr合金(... 低温辐照脆化是影响铁素体/马氏体(F/M)钢服役的主要问题之一。F/M钢低温辐照脆化的主要机理是辐照产生的纳米缺陷(如位错环、α′相(富Cr团簇)等)阻碍位错运动。本文利用分子动力学方法和迈氏蒙特卡罗方法对F/M钢模型材料——FeCr合金(Fe7%Cr、Fe9%Cr、Fe14%Cr)中Cr元素析出成团簇及在位错环上偏析的机理进行研究,并分析Cr团簇析出与合金成分的关系以及位错环尺寸、位错环类型和合金中Cr含量对位错环上Cr偏析量的影响。模拟结果表明:热力学模拟后,高Cr含量(>9%)的FeCr合金中会析出Cr团簇,且基体内Cr含量越高,析出的Cr团簇尺寸越大;在所研究的3种FeCr合金中,受位错环张应力场作用,合金元素Cr均会在位错环的外围偏析,且FeCr合金中Cr含量越高,Cr在位错环上偏析量越高。低Cr的FeCr合金中Cr对其辐照硬化的影响需考虑位错环上Cr偏析的影响,高Cr的FeCr合金中Cr元素对其辐照硬化的影响需综合考虑Cr团簇及位错环上Cr偏析。 展开更多

关键词 Fecr合金 位错环 cr团簇 应力场 cr偏析

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Cr对离子辐照后Fe-8Cr中的位错环的影响 被引量：1

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作者 姜少宁 万发荣 +1 位作者 王晓丽 大貫惣明 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期3108-3112,共5页

低活化铁素体/马氏体钢是第四代裂变堆和未来聚变堆的候选结构材料,其主要成分为Fe-8Cr合金。为了研究其辐照行为,对Fe-Cr二元合金辐照后产生的位错环进行了分析。在室温下对纯Fe和Fe-8Cr注入氦离子,随后在超高压透射电子显微镜中时效(7... 低活化铁素体/马氏体钢是第四代裂变堆和未来聚变堆的候选结构材料,其主要成分为Fe-8Cr合金。为了研究其辐照行为,对Fe-Cr二元合金辐照后产生的位错环进行了分析。在室温下对纯Fe和Fe-8Cr注入氦离子,随后在超高压透射电子显微镜中时效(773K/1h),并在773K进行电子束辐照并进行原位观察。结果发现,室温注氦后两种样品中产生的缺陷在773K聚集成间隙型位错环,这些位错环在随后的电子束辐照下不断长大。纯铁和Fe-8Cr中的位错环在电子束辐照下的长大速率近乎相同,但Fe-8Cr中位错环的密度比纯铁高一个数量级,而其尺寸比纯铁中的小的多。分析表明,辐照过程中Fe-8Cr中Cr团簇的富集阻止了位错环的移动。 展开更多

关键词 氦离子 电子束 辐照损伤 位错环 cr团簇

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