基于第一性原理的bcc-Fe/FeCr2O4界面稳定性研究

针对反应堆结构材料铁素体/马氏体钢氧化腐蚀问题,本文采用第一性原理计算方法,研究了辐照环境下bcc-Fe与FeCr₂O₄的界面稳定性。基于优化后的Fe（001）表面的3种高对称性位点（桥位、空心位和顶位）和FeCr₂O₄（001）表面的Fe终止面（Fe^T）与CrO终止面（CrO^T）,构建了6种不同构型的bcc-Fe/FeCr₂O₄界面模型（Fe^T-桥位、Fe^T-空心位、Fe^T-顶位、CrO^T-桥位、CrO^T-空心位和CrO^T-顶位）,并通过界面能和黏附功评价界面稳定性。结果表明,CrO^T-空心位界面具有最低的界面能和最大的黏附功,是最稳定的界面构型。基于最稳定模型,考察了界面区域空位形成能和空位对界面黏附功的影响。研究结果表明,Fe空位更容易形成且分布在bcc-Fe/FeCr₂O₄界面的Fe侧第1层,与实验观测到内氧化区域空隙一致。同时,有空位的界面的最小黏附功降低,且断裂面由bcc-Fe/FeCr₂O₄界面处变为FeCr₂O₄侧第2层。这表明辐照诱导缺陷不仅促进氧化层脱落,还改变了氧化层的脱落行为。