基于深度神经网络的ODS合金辐照硬化预测

氧化物弥散强化(ODS)合金作为第4代先进堆结构材料和聚变堆第一壁结构材料的候选材料,其抗辐照性能仍是制约其在快堆和聚变堆领域应用的关键技术难题。本文通过收集ODS合金的成分、固化和热处理工艺、辐照条件、测试条件（包括温度等）及屈服强度等数据约570条,并对数据进行清洗及重要属性的筛选,采用机器学习中反向传播的深度神经网络方法,尝试构建了Cr、Y₂O₃等关键成分与ODS合金中子辐照硬化的关联性,获得针对ODS合金辐照硬化的性能预测。结果表明：Cr含量约为6%、Y₂O₃添加量约为0.2%时,ODS合金的辐照硬化程度降低,同时Ti的添加有利于ODS合金辐照硬化程度的降低,而添加Al则会加剧其辐照硬化。据此,后续可得出一定辐照条件下,辐照硬化程度更低的ODS合金成分设计方案。     

BCC-Fe中螺位错与［010］间隙位错环相互作用分子动力学模拟

本文利用分子动力学方法对BCC-Fe中螺位错与［010］间隙位错环的相互作用机制进行了模拟,研究结果表明,螺位错在不同温度下滑移靠近不同尺寸位错环时,它们之间的相互作用机制不同。当位错环尺寸为1.5 nm时,位错环在2 K下稳定存在,螺位错在剪切应力作用下滑移通过它,并与之位错反应生成1/2［11^-1^- ］位错环,临界剪切应力明显增加;随温度升高到300 K和600 K,［010］位错环因稳定性降低会转变为1/2［11^-1^- ］位错环,该位错环与螺位错反应可生成［010］位错片段,对螺位错阻碍作用逐渐变弱,临界剪切应力增量逐渐降低;随温度进一步升高到823 K,螺位错易交滑移,其与位错环始终无接触,因此无阻碍作用。当位错环尺寸增大到4 nm时,［010］位错环稳定性增加,300~823 K下位错环对螺位错滑移阻碍作用也明显增加。     

Cu析出物对α-Fe辐照硬化贡献机理研究

采用分子动力学方法对α-Fe基中不同尺寸(直径0.5-2.5 nm)共格Cu析出物和刃型位错1/2(111){110}的相互作用进行了研究,并深入探讨了不同温度(100-600 K)和不同作用位置对析出物和位错相互作用的影响规律.结果表明,随着析出物尺寸的增加,位错受到的阻碍作用随之增大.该现象源于析出物尺寸增加导致位错通过时切割面积增大.同时温度的升高,降低了析出物对位错的阻碍作用,经对比发现1.0 nm、1.5 nm和2.0 nm Cu析出物的临界剪切应力从100 K升温至600 K时平均降低了0.049 Gb/L,而在100 K、200 K、300 K、450 K和600 K环境下Cu析出物尺寸从1.0 nm增至2.0 nm时,临界剪切应力平均升高0.096 Gb/L,说明析出物尺寸对位错运动阻碍作用的影响大于温度.位错在不同位置通过析出物时,发现从析出物中心通过时受到的阻碍作用最大,且当位错滑移面离析出物中心相等垂直距离时,位错从析出物上半部分通过时受到的阻碍作用均大于下半部分.这可能是由于位错滑移面下方的拉应力场和Cu析出物的压应力场相互作用贡献较大,导致位错运动受到了较大的阻碍作用.     

Cu析出物对α-Fe辐照硬化贡献机理研究

采用分子动力学方法对α-Fe基中不同尺寸(直径0.5—2.5nm)共格Cu析出物和刃型位错12(111){110}的相互作用进行了研究,并深入探讨了不同温度(100—600K)和不同作用位置对析出物和位错相互作用的影响规律。结果表明,随着析出物尺寸的增加,位错受到的阻碍作用随之增大。该现象源于析出物尺寸增加导致位错通过时切割面积增大。同时温度的升高,降低了析出物对位错的阻碍作用,经对比发现1.0nm、1.5nm和2.0nm Cu析出物的临界剪切应力从100K升温至600K时平均降低了0.049Gb/L,而在100K、200K、300K、450K和600K环境下Cu析出物尺寸从1.0nm增至2.0nm时,临界剪切应力平均升高0.096Gb/L,说明析出物尺寸对位错运动阻碍作用的影响大于温度。位错在不同位置通过析出物时,发现从析出物中心通过时受到的阻碍作用最大,且当位错滑移面离析出物中心相等垂直距离时,位错从析出物上半部分通过时受到的阻碍作用均大于下半部分。这可能是由于位错滑移面下方的拉应力场和Cu析出物的压应力场相互作用贡献较大,导致位错运动受到了较大的阻碍作用。     

原子动力学蒙特卡洛程序MISA-KMC在反应堆压力容器钢辐照损伤研究中的应用

材料科学领域的快速发展,使得核材料(反应堆压力容器钢)微观结构在受到强辐射时产生辐照损伤的问题成为了重点研究对象。采用动力学蒙特卡洛方法,可以模拟反应堆压力容器钢中溶质析出行为。为了给研究核材料在长期服役后微观结构演化及性能变化提供理论依据,文中介绍了自主开发的MISA-KMC程序的并行策略及大规模测试结果。在验证程序正确性的基础上,利用MISA-KMC程序研究了反应堆压力容器钢中多种溶质原子的析出过程。结果表明,经过长时间演化,溶质原子会发生聚集,形成富Cu团簇,富Cu团簇是引发反应堆压力容器钢脆化的主要微观结构之一。MISA-KMC程序模拟结果的准确性、可支持模拟规模大小以及模拟元素的多样化,为后续的材料性能变化研究提供了保障。     

反应堆压力容器钢中溶质元素空位型扩散机理研究

辐照或热老化导致元素偏析和沉淀析出是反应堆压力容器(reactor pressure vessel,RPV)钢性能退化的主要影响因素,点缺陷与合金/杂质元素结合与扩散是引起元素偏析和沉淀析出的主要原因。本文利用分子动力学方法研究了反应堆压力容器钢中几种主要合金/杂质元素(Cu、Ni、Mn、P)的空位型扩散机理。研究了空位与合金/杂质元素的结合性能;基于多频模型计算了合金/杂质元素的空位风参数和扩散系数。通过计算发现,Cu、P与第1近邻、第2近邻空位均具有较大的结合能,Ni与第2近邻空位具有较大的结合能;溶质元素的空位风均随着温度的升高而增大,表明在高温下合金/杂质元素均倾向通过与空位互换位置而扩散。     

α-Fe〈110〉倾斜晶界上He扩散机理的分子动力学研究

采用分子动力学结合Juslin等最近建立的Fe-He原子间相互作用势函数研究了300～1 200K范围内α-Fe中具有不同位相差(26°～140°)的〈110〉倾斜晶界的热稳定性、He在各晶界上的结合能及其晶界扩散模式,计算了间隙He在晶界上的扩散系数。研究结果表明:1 200K以下各晶界均具有良好的热稳定性;He与晶界具有很强的结合能;间隙He在不同类型晶界上具有不同的扩散机制,间隙He在晶界上的扩散模式取决于晶界的原子结构及晶界上自由空间的大小。     

热解温度及气氛变化对神府煤热解产物分布的影响

为阐明煤热解过程中,温度及气氛对神府煤热解产物分布的影响规律,采用程序升温法在固定床反应器上对N2,H2,CH4,H2-CO(2∶1) 等不同气氛下神府煤的热解行为进行了研究。结果表明,随着热解温度的升高,焦油产率呈现出先增大后减小的趋势,气体和水产率不断增加、半焦产率不断减少。不同气氛对焦油产率的影响为：H2>CH4>H2-CO>N2,气氛变化对气体和半焦产率影响较小,对水产率影响较大。热解温度对焦油4组分分布影响较小,均为芳香分>饱和分>胶质>沥青质,H2,CH4,H2-CO(2∶1)比N2气氛下生成更多的饱和分。随着热解温度的升高,N2气氛下气体产物中H2含量呈不断增加趋势,CH4含量先增大后减小,CO,CO2和C2~C4烃类气体含量逐渐降低;半焦的芳碳率fa、环缩合度2(R-1)/C和平均缩合环数R呈明显增加趋势,环缩合度较原煤有较大提高。相对于N2气氛,还原性气氛下,半焦的环缩合度和平均缩合环数增加,芳香层片间的距离降低。     

电子辐照高纯铁电阻率回复的团簇动力学模拟

电阻率回复实验是研究材料辐照损伤机理的有效手段,可表征材料中辐照缺陷数量的变化。本文基于平均场速率理论开发了模拟辐照缺陷演化的团簇动力学程序,模拟了高纯铁经3MeV电子辐照至2.0×10-6 dpa后等时时效过程的缺陷演化过程,并与电阻率回复实验结果进行了对比。模拟结果表明,辐照缺陷数量随温度升高的演化过程与电阻率的变化趋势吻合得很好,电阻率回复的峰值分别对应于间隙原子、间隙原子团簇、空位团簇等缺陷的数量变化。该方法对于研究材料辐照损伤机理具有重要意义。     

磁性MgFe2O4及其核壳催化剂制备与煤热解性能研究

采用溶胶-凝胶法制得MgFe₂O₄前体,经焙烧得到MgFe₂O₄催化剂,再经St?ber法制得核壳结构催化剂MgFe₂O₄@SiO₂和MgFe₂O₄@SiO₂@HZSM-5(MSH),利用VSM、XRD、SEM、FT-IR、N₂物理吸附等手段研究了催化剂的磁性能和结构特征;在固定床反应器上,考察了N₂气氛下磁性催化剂对补连塔富油煤的催化热解特性及回收再生性能。结果表明：MgFe₂O₄为立方尖晶石结构,饱和磁化强度达到181.50 emu/g,具有良好热稳定性能。上述系列磁性催化剂均呈现出良好的催化活性,其中MSH催化活性最好。与非催化热解相比,MSH催化热解焦油产率提高了57.7%,焦油中脂肪烃和苯类含量增加约2倍,稠环芳烃含量下降8.6%~9.8%。采用磁选方法可有效实现催化剂回收,经700℃下焙烧处理,可实现回收催化剂的再生。SiO₂包覆有助于提高核壳结构催化剂的磁热稳定性和催化寿命。