【摘 要】
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核能作为一种新型能源,有望解决未来能源危机问题。钒合金是聚变反应堆第一壁的主要候选材料。然而,在钒合金投入使用之前,杂质原子会无可避免地掺杂其中,例如在合金的制备或
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核能作为一种新型能源,有望解决未来能源危机问题。钒合金是聚变反应堆第一壁的主要候选材料。然而,在钒合金投入使用之前,杂质原子会无可避免地掺杂其中,例如在合金的制备或者服役时,H、He、C、O等杂质原子的掺杂随时都有可能发生,必定会对合金的物理力学性能造成重要的影响。研究杂质原子嵌入钒合金的稳定性及其势函数,可以为材料的分析和设计提供指导,具有重要的理论和实际意义。本文基于密度泛函理论,利用第一性原理方法计算了H、He、C、O四种杂质原子嵌入钒(V)和钛钒(TiV)合金不同间隙位置的结合能与晶格畸变率,研究了杂质原子在V和TiV合金中的稳定性;以H、He、C、O四种非金属原子和Ti、V两种金属原子作为研究对象,分别拟合了金属与非金属原子之间的Lennard-Jones(LJ)势函数,并拟合了FCC构型TiV的考虑第二近邻原子的修正嵌入原子势(2NN MEAM)势函数。得到以下结论:(1)H、He原子更容易嵌入V的四面体间隙位置,而C、O原子在八面体间隙位置更加稳定;(2)对于BCC构型的TiV,四种杂质原子在TiV的四面体间隙位置更加稳定;(3)拟合的V-C之间的L-J势,与前人文献符合较好。拟合的其他几组金属与非金属元素的L-J势,与L-J的基本曲线相符合;(4)基于Ti、V单原子的势参数,拟合得到FCC构型TiV合金的势参数,经第一性原理验证后结果较为可靠。说明这些势参数既适用于FCC结构,也适用于该合金体系存在于相图中的任何相结构。
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