【摘 要】
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可控核聚变反应装置中环形磁约束等离子体采用的低活化钢,服役环境为高温和稳态强磁场。在强磁场条件下,合金碳化物的析出会影响低活化钢的高温蠕变性能。已有实验结果表明12 T 磁场会使合金碳化物M23C6 提前析出。基于第一性原理密度泛函理论,利用VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)软件计算了合金碳化物的磁性能。结合计算得到的磁矩,运用Weiss 分子场理论
【机 构】
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高性能钢铁材料及其应用湖北省协同创新中心,武汉科技大学,武汉,430081,中国
【出 处】
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第四届电磁冶金与强磁场材料制备年会暨第六届磁流体力学学术研讨会
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可控核聚变反应装置中环形磁约束等离子体采用的低活化钢,服役环境为高温和稳态强磁场。在强磁场条件下,合金碳化物的析出会影响低活化钢的高温蠕变性能。已有实验结果表明12 T 磁场会使合金碳化物M23C6 提前析出。基于第一性原理密度泛函理论,利用VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)软件计算了合金碳化物的磁性能。结合计算得到的磁矩,运用Weiss 分子场理论研究了碳化物的磁化曲线。本文所研究的碳化物是铁磁性的,所以存在自发磁化现象；在其磁转变温度附近,发生铁磁性转变；当温度高于该转变温度,由于原子和分子的热运动增加,自发磁化将消失。自由能是衡量物质稳定的一个标准。在原有计算磁热容公式的基础上,将分子场计算中单位铁原子磁矩Sa(常数)用Sa(T,B)来代替,从而构建了较完整的描述磁热容随着温度和磁场变化的多元磁热容公式,进而得到磁熵、磁焓和磁自由能。通过模拟合金碳化物的磁热容、磁熵、磁焓和磁自由能,可以从热力学角度对实验结果进行了解释,同时也对铁磁性转变温度进行了估计。结果 表明,磁转变温度附近,磁热容和磁熵的峰值将随着磁场强度的增加而增加。磁场对M23C6 磁自由能的影响大于其他碳化物(M2C,M3C,M7C3,其中M=Fe,Cr),从而提高了该碳化物的稳定性,与实验结果相符。此工作为研究低活化钢的磁性能提供了理论依据。
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