Zr合金设计方法的研究现状及发展趋势

Zr合金具有高硬度、高熔点、低热膨胀系数、耐腐蚀性好和热中子截面吸收低等优良的特性,因此被逐渐开发应用于核工业、航空航天、生物医学等领域。本研究介绍了Zr合金成分设计方法及研究现状,主要涉及的合金设计方法包括:经验法/半经验法、第一性原理计算法、d电子轨道法以及CALPHAD法。其中,重点介绍了第一性原理计算涉及的Zr合金的研究方法及现状。借助有效的合金设计方法和高效的计算机运算可以更加有效、系统地了解材料力学行为特性与微观结构之间的关系,为合金成分设计提供理论依据。结合国内外Zr合金设计方法的研究进展与成果,探讨了Zr合金设计领域的研究发展趋势。     

锆合金中氢化物的结构和弹性性能: 结合第一性原理计算和实验

采用第一性原理计算和实验方法研究了α-Zr及其氢化物的结构和弹性性能。考虑到所有可能的H-原子构型,构建了不同相的氢化物模型。结果表明,γ、δ和ε氢化物的稳定结构分别为P4₂/mmc、P4₂/nnm和I4/mmm。计算结果表明,ε氢化物的生成焓最低,并提出了γ→δ→ε的相变顺序。与α-Zr相比,氢化物的c轴晶格常数变小,γ、δ和ε单位胞的膨胀体积分别为12.1%、14.8%和17.9%。3种氢化物的计算弹性模量(E)均低于α-Zr,但弹性各向异性均高于α-Zr。通过纳米压痕实验分析了α-Zr基体和δ氢化物的弹性性能,结果表明,α-Zr基体和δ氢化物的E分别为116.88和111.01 GPa。因此,在氢化物/基体界面的氢化物侧容易发生应力集中,氢化物容易成为裂纹源,导致锆合金发生脆性断裂。