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附着颗粒-基体界面上的辐照点缺陷对滑动位错-ODS颗粒交互作用过程影响研究

辐照效应,分子动力学,微结构调控,ODS钢,位错相互作用

由于其优秀的抗辐照肿胀和抗高温蠕变性能，ODS钢被认为是未来聚变反应堆最有希望的结构材料。然而，学术界目前对于究竟是什么机制主导了ODS钢在高温、高剂量辐照环境下的强韧性仍然存在争论。部分学者基于原子模拟结果提出了一种可能的解释，即虽然在包含ODS颗粒的BCC铁中级联碰撞产生的空位和间隙原子总数并不比纯BCC铁少，但大多数的空位和间隙原子附着在ODS颗粒-铁基体界面上，从而使得基体材料中自由运动的辐照缺陷总数变少，事实上降低了辐照剂量水平。然而，ODS颗粒在服役过程中需在中高温环境下经受多次位错切过的作用，由此带来的热激活和应力扰动的联合作用有可能释放附着在界面上的辐照点缺陷，从而降低ODS钢的抗辐照性能。基于这种考虑，本文采用分子动力学（MD）方法，模拟了多根刃型和螺型位错连续切过预先在界面上布置了辐照点缺陷的ODS颗粒的交互作用过程。考虑了不同温度，不同颗粒大小和不同颗粒-基体界面的影响。模拟结果发现，温度小于900K的情况下，均没有观察到附着在界面上的辐照点缺陷由于位错的切过作用显著脱离界面的情况。通过计算处于不同位置的辐照点缺陷与ODS颗粒间的结合能，证明了ODS钢-铁基体界面对空位和间隙原子这两种辐照点缺陷均有较强的吸引作用，从而解释了ODS颗粒-辐照点缺陷复合体结构在高温、连续位错切过作用下的稳定性。另外，本文还通过提取位错-ODS颗粒交互作用过程中的临界弓出角φ来衡量ODS颗粒的位错障碍强度，与原位TEM观测实验的结果进行了对比，并讨论了不同的点缺陷附着量对ODS颗粒位错障碍强度的影响。