Identification and evolution of ultrafine precipitates in Fe-Cu alloys by first-principles modeling of positron annihilation

材料科学 正电子湮没谱学 成核 多普勒展宽 空位缺陷 退火(玻璃) 降水 正电子 正电子湮没 消灭 脆化 冶金 热力学 凝聚态物理 核物理学 谱线 物理 天文 电子 气象学
作者
Qigui Yang,Pär Olsson
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier]
卷期号:242: 118429-118429 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2022.118429
摘要

Understanding the formation and evolution of Cu precipitates in Fe-based alloys is crucial as they are key factors responsible for hardening and embrittlement. Dilute FeCu alloys are model materials for structural components in various application areas, including that of reactor pressure vessel steels for light water nuclear reactors. Positron annihilation spectroscopy (PAS) is a powerful tool to study the nucleation stage of both homogeneous and heterogeneous Cu precipitation, which are beyond the reach of most other experimental techniques. In this work, we present a first-principles study of positron annihilation in Fe-Cu systems. The positron annihilation characteristics (positron lifetimes, Doppler broadening spectra) are calculated for both homogeneous vacancy-free Cu clusters and heterogeneous vacancy-Cu complexes using two-component density functional theory. The theoretical results excellently agree with the available reference PAS experimental results. Our calculations show that the types of Cu precipitates can be clearly distinguished by positron annihilation, and the sizes of Cu precipitates can also be reasonably well estimated with our calculations. Moreover, we also successfully analyze the evolution of the experimental signals during isochronal annealing where the small Cu clusters change character. This work improves the understanding of the early-stage Cu precipitation in Fe matrix.

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