李沛尧, 陈东钺, 吕沙沙, 王海涛, 李正操. α-Fe早期Ni聚集对MnNiSi团簇形核生长影响的第一性原理研究[J]. 金属学报, DOI: 10.11900/0412.1961.2025.00304.
, , , , . First-Principles Calculations of the Effect of Ni Clusters on the Formation and Growth of MnNiSi Clusters in α-Fe[J]. Acta Metall Sin, 0, (): 0-.

摘要 相关文章 Metrics 全文: PDF(933 KB)   摘要: 反应堆压力容器钢辐照损伤缺陷之一的MnNiSi团簇的形成机制至今还没有一个统一明确的理论，但实验中发现，Ni对MnNiSi团簇的形核有明显影响。为探究Ni团簇在反应堆压力容器钢中MnNiSi团簇形成机制中的作用，本工作采用第一性原理模拟方法，利用VASP软件分别计算密排堆积型Ni3团簇和平面型Ni4团簇作为团簇形核核心时，在不同捕获位点对溶质原子、空位或哑铃(dumbbell)的捕获能力，并计算其形核路线发展趋势。结果表明，Ni3团簇和Ni4团簇均可作为MnNiSi团簇形核核心。Ni3团簇可捕获Si原子和空位，Ni4团簇可捕获Mn原子、Si原子和空位。在仅考虑捕获粒子是溶质原子时，Ni3团簇可形核长大成γ2相局部相结构，Ni4团簇可形核长大成G相局部相结构。如果考虑哑铃和空位的作用，Ni4团簇可形核长大成包含G相局部相等的多种相结构。 关键词 ： 第一性原理,  溶质团簇,  反应堆压力容器钢,  形核机制     Abstract：No unified and definitive theory exists regarding the formation mechanism of MnNiSi clusters, a type of irradiation damage defect in reactor pressure vessel (RPV) steel. However, experiments have shown that Ni has a substantial impact on the nucleation of these clusters. Thus, to investigate the role of Ni clusters in the formation mechanism of MnNiSi clusters in RPV steels, this study employed first-principles simulations using VASP software. The simulations calculated the capture ability of close-packed Ni3 and planar Ni4 clusters, acting as nucleation cores, toward solute atoms, vacancies, or dumbbells. The nucleation pathways following their combination were also calculated. The results indicated that both Ni3 and Ni4 clusters could serve as nucleation cores for MnNiSi clusters. The Ni3 cluster could stably bind with a Si atom or a vacancy, whereas the Ni4 cluster could stably bind with a Mn atom, a Si atom, or a vacancy. Specifically, when considering only solute atom capture, the nucleation pathway of the Ni3 cluster could grow into part of the γ2 phase structure, whereas that of the Ni4 cluster could grow into part of the G phase structure. When incorporating dumbbell and vacancy interactions, the Ni4 cluster could nucleate and grow into multiple distinct phase structures, including the G phase. Key words： first-principles calculation    solute clusters    reactor pressure vessel steel    nucleation mechanism 收稿日期: 2025-09-30      基金资助:国家自然科学基金(No. U23B2096); 国家自然科学基金(No.12475278) 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 李沛尧 陈东钺 吕沙沙 王海涛 李正操 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.11900/0412.1961.2025.00304      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y0/V/I/0 [1] 宝尔根, 王建韬, 徐文静, 马会, 陈星秋. 合金元素对 α-Fe中H原子溶解及扩散影响的第一性原理研究[J]. 金属学报, 2026, 62(3): 489-496. [2] 袁航, 张燕云, 王聪. 第一性原理分子动力学研究MnO对埋弧焊剂导电机制的影响[J]. 金属学报, 2026, 62(1): 191-202. [3] 孟祥龙, 刘瑞良, Li D. Y.. 钽合金表面渗碳层中碳化物析出及其性能的第一性原理研究[J]. 金属学报, 2025, 61(5): 797-808. [4] 梁炫, 侯廷平, 张东, 谭昕暘, 吴开明. 中碳Nb合金化钢液析碳化物的析出行为[J]. 金属学报, 2025, 61(4): 653-664. [5] 张建东, 席晓翀, 凌永生, 曾繁荣, 单卿, 贾文宝. (AlCrTaTiZr)N x 阻氚涂层制备及其表面氢同位素吸附[J]. 金属学报, 2025, 61(12): 1781-1789. [6] 罗列文, 王明洋, 高志明, 夏大海, 邓意达, 胡文彬. 高强铝合金晶界氢陷阱的原子尺度作用机制[J]. 金属学报, 2025, 61(11): 1747-1757. [7] 王京京, 姚志浩, 张鹏, 赵杰, 张迈, 王蕾, 董建新, 陈迎. 镍基高温合金中S元素对基体与热障涂层界面稳定性的影响[J]. 金属学报, 2024, 60(9): 1250-1264. [8] 周彦余, 李江旭, 刘晨, 赖俊文, 高强, 马会, 孙岩, 陈星秋. 金属间化合物Pt7Sb投影Berry相位与析氢催化关联的第一性原理计算[J]. 金属学报, 2024, 60(6): 837-847. [9] 程坤, 陈树明, 曹烁, 刘建荣, 马英杰, 范群波, 程兴旺, 杨锐, 胡青苗. 第一性原理研究钛合金中的沉淀强化[J]. 金属学报, 2024, 60(4): 537-547. [10] 杨谨菡, 闫海乐, 刘昊轩, 赵莹, 杨一俏, 赵骧, 左良. A2BTi型磁性功能合金相稳定性、磁性与力学性能的第一性原理计算和实验研究[J]. 金属学报, 2024, 60(12): 1701-1709. [11] 沈雪阳, 褚瑞轩, 蒋宜辉, 张伟. 相变存储器材料设计与多尺度模拟的研究进展[J]. 金属学报, 2024, 60(10): 1362-1378. [12] 赵晋彬, 王建韬, 何东昌, 李俊林, 孙岩, 陈星秋, 刘培涛. 氢化物超导体临界转变温度的机器学习模型[J]. 金属学报, 2024, 60(10): 1418-1428. [13] 王福容, 张永梅, 柏国宁, 郭庆伟, 赵宇宏. Al掺杂Mg/Mg2Sn合金界面的第一性原理计算[J]. 金属学报, 2023, 59(6): 812-820. [14] 李昕, 江河, 姚志浩, 董建新. O原子对高温合金基体Ni、Co和NiCr晶界作用的理论计算分析[J]. 金属学报, 2023, 59(2): 309-318. [15] 任师浩, 刘永利, 孟凡顺, 祁阳. 应变工程中Bi(111)薄膜的半导体-半金属转变及其机理[J]. 金属学报, 2022, 58(7): 911-920. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed