辐照下纳米晶铁微观结构演化的原子尺度与实验研究
材料科学
2025-05-28 v1
摘要
纳米晶材料因具有高晶界密度，可作为辐照诱导缺陷的陷阱，已被提议用于未来的聚变反应堆。我们使用分子动力学模拟纳米晶铁中的碰撞级联，并将损伤演化与在初始完美的单晶铁中观察到的结果进行比较。纳米晶材料通过 Voronoi 镶嵌或严重塑性剪切生成。在辐照下，纳米晶模拟中的晶粒发生粗化，最终在 2 dpa 以上全部变为单晶。在 1 dpa 以上的损伤剂量下，纳米晶胞显示出比其初始原始对应物更低的位错密度和更小的晶格膨胀。我们在经受自离子辐照的纳米晶铁样品上收集了实验 X 射线衍射数据。线轮廓分析数据与原子尺度模拟中观察到的趋势一致，揭示了辐照诱导退火过程的存在，随着剂量增加微应变明显减小。我们试图通过创建一个 Toy Model 来确定为什么在我们的原子尺度模拟中一些晶粒生长而另一些晶粒缩小，该模型基于不同的假设交换机制模拟晶粒间的体积交换。这表明辐照诱导的晶粒生长与随机生长相一致。
引用
@article{arxiv.2505.21174,
title = {Atomistic and experimental study of microstructural evolution in nanocrystalline iron subjected to irradiation},
author = {Ivan Tolkachev and Daniel R. Mason and Max Boleininger and Pui-Wai Ma and Daniel Long and Eamonn T. Connolly and Stephen P. Thompson and Kenichiro Mizohata and Felix Hofmann},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.21174},
year = {2025}
}