钨中溶质原子铬与空位的相互作用的第一性原理计算研究

何梓荐¹，黄雪飞²，乐国敏³，付宝勤¹

1. 四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室2. 四川大学材料科学与工程学院3. 中国工程物理研究院

摘 要：基于第一性原理方法,对W-Cr合金的溶质原子Cr占位、Cr与空位的相互作用及Cr含量对其影响规律进行了计算研究。发现相比于间隙位置,原子Cr更易占据置换位置,W中溶质Cr有偏聚的趋势;在辐照环境下,空位和自间隙原子均易与溶质原子Cr相结合,易加速W中富Cr相的析出;随Cr含量的增加,体系的形成能线性增加,因而结构越不稳定。研究还发现超胞中单原子Cr的第2近邻空位的形成能最低,且低于W的本征空位形成能,因而溶质Cr与空位之间存在微弱的吸引;对于同一Cr含量,不同构型的空位形成能及空位和Cr的结合能均不同,且Cr含量越高,数值越分散;随着Cr含量的增加,平均空位形成能及空位与Cr的平均结合能均略有下降,因而溶质原子Cr附近空位更易形成,空位浓度更高,同样也表明溶质Cr与空位有微弱的吸引。这些结论将有助于深入理解W中溶质元素存在条件下辐照缺陷演化过程的微观物理机制。

关键词：第一性原理;钨-铬合金;空位缺陷;