Towards understanding the mechanism of titanium suppressing vacancy clustering/void nucleation in vanadium alloy

空位缺陷 材料科学 成核 空隙(复合材料) 热扩散率 星团(航天器) 扩散 化学物理 合金 结晶学 冶金 热力学 化学 复合材料 物理 计算机科学 程序设计语言
作者
Mingliang Wei,Pengbo Zhang,Xing Wang,Guofeng Li,Huiwen Ji,Guiqiu Wang,Jijun Zhao,Pengfei Zheng
出处
期刊:Journal of Nuclear Materials [Elsevier BV]
卷期号:591: 154930-154930
标识
DOI:10.1016/j.jnucmat.2024.154930
摘要

The energetics and dynamics of vacancy/vacancyn (Vacn) clusters in presence of Ti in vanadium alloy were systemically investigated by first-principles calculations to elucidate the mechanism of Ti suppressing vacancy clustering/void nucleation. Energetically, Ti can reduce vacancy formation energy and stabilize vacancy/Vacn cluster, and the TimVacn clusters are more stable than alone Vacn over 30% with m, n=5, corresponding to the smaller saturated size. Kinetically, mono-/di-vacancy diffusion and vacancy clustering near Ti are predicted by the CI-NEB methods and empirical formula. Vacancy diffusing towards Ti shows a lower barrier of 0.04 eV than 0.39 eV in vanadium and the energy barriers of vacancy migrating towards Ti-Vac complexes decrease gradually and are even close to zero during vacancy clustering. The migration barriers of vacancy dissociating from Ti-Vac complexes are relatively higher, and Ti changes the migration mechanism of di-vacancy from one-step to two-step. Ti significantly reduces vacancy effective diffusivity, and the effective diffusivity decreases with Ti concentration. The present results show that Ti additions provide more nucleation sites of vacancies, forming large numbers of stable small-size complexes and hindering vacancy diffusion, and eventually suppress the formation and growth of large vacancy clusters/voids.
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