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（英文）

作者：包张飞; 李新意; 张夫恩; 周虹伶; 石明华; 栾佰峰^*

来源：稀有金属材料与工程, 2023, 52(02): 426-432.

• 氢化物
• 第一性原理
• 相稳定性
• 力学性能

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。

• 单位
  重庆大学