面心立方铁中溶质诱导氦低扩散与自捕获的第一性原理研究
材料科学
2022-03-14 v1
摘要
合金元素的添加在金属合金中由嬗变产生的氦（He）行为中起着至关重要的作用。基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，研究了溶质（Ni、Cr、Ti、P、Si、C）对面心立方（fcc）铁中 He 及 He-He 对行为的影响。对于溶质与 He 的相互作用，我们发现 Ti、P、Si 和 C 对 He 的吸引强于 Ni 和 Cr 在 fcc 铁中。我们确定了 He-He 对最稳定的构型，即 Hesub-Hetetra 对，其结合能为 1.60 eV。在考虑溶质对 He-He 对稳定性的影响时，我们提出了一种独特的结合能定义。应用该定义，我们认为 Ti 和 P 可削弱 He 自捕获，而 Cr 和 C 有利于 He 自捕获，Ni 则类似于基体 Fe 本身。对于 He 的扩散（形成 He 泡的必要过程），我们确定最稳定的间隙 He 位于四面体间隙位，在纯 fcc 铁中能以 0.16 eV 的能垒迁移。我们进一步发现 Ti 和 Si 可将能垒提高至 0.18 和 0.20 eV；相反，Cr 和 P 将能垒分别降低至 0.10 和 0.06 eV。综合计算，我们得出结论：Ti 降低而 Cr 增加 fcc 铁中 He 的扩散与自捕获。
引用
@article{arxiv.2201.02423,
title = {First-principles study on the solute-induced low diffusion and self-trapping of helium in fcc iron},
author = {Kui Rao and Jingxin Hu and Gang Ouyang and Zi-Ran Liu and Xinfu He and Wen Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.02423},
year = {2022}
}