[发明专利]铁铜锰镍四元合金中空位和间隙原子缺陷的模拟方法

说明书

本发明具体是一种铁铜锰镍四元合金中空位和间隙原子缺陷的模拟方法，解决现有模拟方法不能模拟多组分四元合金缺陷对其演化影响的问题。铁铜锰镍四元合金中空位和间隙原子缺陷的模拟方法，所述方法包括如下步骤：S1：铁铜锰镍合金体系的化学自由能计算方程的建立；S2：铁铜锰镍合金体系的总自由能计算方程的建立；S3：建立铁铜锰镍合金体系辐照缺陷的动力学方程；S4：利用铁铜锰镍合金体系辐照缺陷的动力学方程模拟得到辐照条件下空位、间隙原子与析出相的组织形貌以及成分演变。本发明考虑了辐照条件下空位和间隙原子与析出相的相互作用对Fe‑Cu‑Mn‑Ni四元合金形貌演化的影响，为指导新材料以及理论基础提供了有效途径。

技术领域

本发明涉及辐照微结构演化技术领域，具体是一种铁铜锰镍四元合金中空位和间隙原子缺陷的模拟方法。

背景技术

反应堆中铁基服役环境恶劣，由于长时间承受高温、高压、高温度梯度和高能粒子辐照，产生高密度辐照组织损伤，材料的抗辐照、耐蚀性以及组织稳定性下降，最终导致材料失效。反应堆中材料受到高能粒子轰击，被轰击原子离开自身晶格点阵位置，产生由空位和间隙原子组成的Frenkel缺陷对。

对辐照材料微观组织研究仅通过实验方法存在很大的局限性，一方面实验周期长、成本高，实验环境极其苛刻，另一方面级联碰撞是非常复杂的过程，既包含传热、传质，又包含空位环和间隙原子环的形核与长大，仅依靠实验方法难以揭示其中的演化机制及规律。原子尺度的第一性原理、分子动力学和蒙特卡罗等方法在缺陷参数、空位和间隙原子等微观演化方面做出了突出贡献。然而，在更大的空间和时间尺度问题上，受制于计算成本，这些方法无能为力。介观尺度的连续相场法既携带合金缺陷等微观信息，又能从晶粒尺度描述组织演化，进而和实验数据对照。因而，采用相场法模拟预测铁基材料承受高温、高压、高温度梯度和高能粒子辐照时微观组织演化具有独特的优越性。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁铜锰镍四元合金中空位和间隙原子缺陷的模拟方法，能够模拟温度和浓度下的空位和间隙原子的微结构演化过程。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种铁铜锰镍四元合金中空位和间隙原子缺陷的模拟方法，所述方法包括如下步骤：

S1：铁铜锰镍合金体系的化学自由能计算方程的建立，所述化学自由能为耦合了空位和间隙原子缺陷的形成能及浓度的化学自由能；

S2：铁铜锰镍合金体系的总自由能计算方程的建立；

S3：基于Cahn-Hilliard动力学演化方程，建立铁铜锰镍合金体系辐照缺陷的动力学方程；

S4：输入变量，利用铁铜锰镍合金体系辐照缺陷的动力学方程模拟得到辐照条件下空位、间隙原子与析出相的组织形貌以及成分演变，并分析空位、间隙原子和析出相的相互作用对铁铜锰镍合金体系形貌演化的影响；

其中，所述步骤S1中铁铜锰镍合金体系的化学自由能计算方程的建立，包括以下内容：

耦合了空位和间隙原子缺陷的形成能及浓度的化学自由能f_chem的计算方程为：