[发明专利]铁铜锰镍四元合金中空位和间隙原子缺陷的模拟方法

权利要求书

1.一种铁铜锰镍四元合金中空位和间隙原子缺陷的模拟方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S1：铁铜锰镍合金体系的化学自由能计算方程的建立，所述化学自由能为耦合了空位和间隙原子缺陷的形成能及浓度的化学自由能；

S2：铁铜锰镍合金体系的总自由能计算方程的建立；

S3：基于Cahn-Hilliard动力学演化方程，建立铁铜锰镍合金体系辐照缺陷的动力学方程；

S4：输入变量，利用铁铜锰镍合金体系辐照缺陷的动力学方程模拟得到辐照条件下空位、间隙原子与析出相的组织形貌以及成分演变，并分析空位、间隙原子和析出相的相互作用对铁铜锰镍合金体系形貌演化的影响；

其中，所述步骤S1中铁铜锰镍合金体系的化学自由能计算方程的建立，包括以下内容：

耦合了空位和间隙原子缺陷的形成能及浓度的化学自由能f_chem的计算方程为：

式中，c_i为成分i的浓度，i＝1、2、3、4，分别代表Fe、Cu、Mn、Ni，c_V为空位的浓度，c_I分为间隙原子的浓度，成分i、空位和间隙原子的浓度满足c₁＝1-c₂-c₃-c₄-c_V-c_I；和分别为空位的形成能和间隙原子的形成能，和分别代表α相和γ相的Gibbs自由能，和通过公式(3)计算得到，α相为BCC相，γ相为FCC相，h(η)＝η²(3-2η)，是保证结构序参数的值在[0,1]之间的插值函数；g(η)＝η(1-η)；Wg²(η)表示α相和γ相之间的相变势垒；YV_mε₀²(c_i)是由于不同原子之间的晶格错配引起的弹性应变能，Y是平均刚度，V_m是摩尔体积，ε₀(c_i)通过公式(2)计算得到；

式中，为成分i晶格失配确定的常数，为成分i的初始浓度；c_i(r,t)表示i成分在t时刻、特定空间位置r上的瞬时浓度；

式中，相为α相或γ相，是纯元素i对应相的Gibbs自由能；为简单机械混合自由能；RT∑_ic_ilnc_i为理想混合熵的自由能，R为气体常数，T为绝对温度；是超额自由能，通过公式(4)计算得到；

式中，和分别为溶体相的二元和三元相互作用参数，c_i、c_j、c_k为不同成分的浓度；

所述步骤S2中铁铜锰镍合金体系的总自由能计算方程的建立，包括以下内容：

总自由能F包括化学自由能与梯度自由能，其计算方程为：

式中，和分别为由于界面成分不均匀以及结构序参数差异引起的梯度能项，用于表示体系界面能，k_c和k_η分别为成分梯度能系数、结构序参数梯度能系数；和分别代表空位和间隙原子的梯度自由能，k_V和k_I分别是空位和间隙原子的梯度能系数；

所述步骤S3中，Cahn-Hilliard动力学演化方程如式(6)：

式中，c_i(r,t)表示i成分在t时刻、特定空间位置r上的瞬时浓度；ξ_ci(r,t)为满足涨落耗散理论的热噪声项，加入方程产生微小成分起伏以促进相变过程发生；F为体系总自由能；

所述步骤S4中，成分变化的模拟方程如式(7)：

式中，j＝V，I，κ_j代表空位和间隙原子的梯度能系数，c_j(r,t)代表空位和间隙原子的浓度；f_chem为化学自由能；

在相场模拟计算中将成分变化的模拟方程代入傅里叶空间进行运算，得出成分、时间与空间位置的关系如式(8)：

通过定量分析来得到辐照条件下空位和间隙原子与析出相的相互作用对铁铜锰镍四元合金组织形貌的影响。