铀-6wt%铌合金中由溶质浓度、温度和压力驱动的相变
材料科学
2025-08-19 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
基于现有的铀（U）的ADP势和铌（Nb）的新EAM势，通过将灵活的交叉相互作用函数和合金参数拟合到实验和第一性原理数据，我们为U-Nb体系开发了一个角度相关势，从而能够准确预测相变（由溶质浓度驱动的α到γ相变；U-6Nb合金中由温度驱动的α'到γ相变）、弹性性质、缺陷能量学和混合焓。该势能可靠地再现了U-Nb固溶体的熔点，并捕捉到了γ U-6Nb的晶格参数膨胀。值得注意的是，它正确预测了高达约90 GPa的雨贡纽关系和状态方程，并解析了静态高压下的α'到γ相变。结合原子模拟，我们揭示了U-6Nb在高压下通过孪晶耦合的α'到γ相变：{112}γ孪晶通过瞬态绝热压缩过程中产生的纳秒级孪晶前驱体形成。预测的静态相变压力为54.5 GPa，与第一性原理计算的67.2 GPa相当。此外，我们的结果表明，U-6Nb单晶在3.1 GPa（剪切应力：0.9 GPa）下发生塑性屈服之前，会经历非线性弹性松弛。这项工作的结果有助于解决在理解高压冲击加载下异常剪切应力松弛机制方面长期存在的差异。
引用
@article{arxiv.2508.12310,
title = {Phase transitions driven by solute concentration, temperature, and pressure in uranium-6wt % niobium alloy},
author = {Yanwen Liao and Yongfeng Huang and Kun Wang and Wenjun Zhu and Wu-Xing Zhou and Yi Liao and Songlin Yao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.12310},
year = {2025}
}
备注
36 pages, 16 figures