Collaborative Research: Determination of Ni-Fe-Cr Species Dependent Transport Through Control of Temperature, Irradiation, and Grain Size

合作研究:通过控制温度、辐照度和晶粒尺寸来测定 Ni-Fe-Cr 物种依赖性传输

基本信息

  • 批准号:
    1105681
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 21.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-01 至 2015-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

TECHNICAL SUMMARY: Ni-Fe-Cr based fcc alloys (e.g., Ni-based and austenitic steel alloys) are frequently used as structural materials in a wide range of technologies, including nuclear reactors. Many aspects of Ni-Fe-Cr alloy microstructural evolution, particularly under irradiation, are controlled by point defect transport with species dependencies that are still poorly understood. In this project a novel approach to determine the species-dependent diffusion coefficients in Ni-Fe-Cr steel alloys is proposed. It is based on measurements and modeling of Radiation Induced Segregation (RIS) of nanocrystalline materials. The proposed work integrates multiple approaches to understanding point defect transport in Ni-Fe-Cr and to RIS, including grain size control, RIS characterization tools (STEM-EDS, Focused Ion Beam, TEM, and Atom Probe tomography), and multiscale ab initio based models (including cluster expansion, kinetic Monte Carlo and rate theory modeling). The work will provide a new level of insight into the magnitude and mechanisms of Ni-Fe-Cr species-dependent transport and inform future microstructural modeling.NON-TECHNICAL SUMMARY: Ni-Fe-Cr based steels are frequently used as structural materials in a wide range of technologies, including nuclear reactors. Essential aspects of the long-term reliability of these steels, particularly under irradiation, are controlled by aspects of Ni, Fe, and Cr diffusion that are still poorly understood. The PIs propose to integrate tools from materials nanotechnology and molecular-scale computer simulation to provide new levels of insight into how Ni, Fe, and Cr are transported in these steels under extreme conditions. The results will be integrated into higher levels models that aid in the prediction of steel reliability and the development of new materials. This project will train graduate students and postdoctoral researchers to work on a multi-location team and in fundamental areas of materials characterization, modeling, and their interaction. This work will also further the involvement by some of the investigators in the Women in Nuclear Science (WINS) organization and activities at the Advanced Test Reactor National Scientific User Facility (NSUF).
技术摘要:基于NI-FE-CR的FCC合金(例如,基于Ni的基于Ni的和奥氏体钢合金)在包括核反应堆在内的广泛技术中经常用作结构材料。 Ni-Fe-Cr合金微结构进化的许多方面,尤其是在辐射下,受到点缺陷转运的控制,其物种依赖性仍然尚不清楚。在该项目中,提出了一种新的方法来确定Ni-Fe-Cr钢合金中物种依赖性扩散系数。它基于纳米晶材料的辐射诱导分离(RIS)的测量和建模。拟议的工作集成了多种方法,以了解Ni-Fe-CR中的点缺陷传输和RIS,包括晶粒尺寸控制,RIS表征工具(词干,聚焦的离子束,TEM和ATOM探针层析成像)以及基于多尺度的基于启动的模型(包括群集扩展,Kinetic Monte Carlo和速率理论模型)。这项工作将为Ni-Fe-CR物种依赖性运输的大小和机制提供新的了解,并为未来的微观结构建模提供信息。没有技术摘要:基于NI-FE-CR的钢质在包括核反应堆在内的广泛技术中经常用作结构材料。这些钢的长期可靠性(尤其是在辐照下)的基本方面受Ni,Fe和Cr扩散的各个方面的控制,这些方面仍然很少了解。 PI提议将材料纳米技术和分子规模计算机模拟的工具整合在一起,以提供有关在极端条件下如何在这些钢中运输NI,FE和CR的新水平的。结果将集成到更高级别的模型中,以帮助预测钢的可靠性和新材料的发展。 该项目将培训研究生和博士后研究人员在多站点团队以及材料表征,建模及其相互作用的基本领域工作。这项工作还将进一步促进一些研究人员在核科学妇女(WINS)组织以及高级测试反应堆国家科学用户设施(NSUF)的活动中的参与。

项目成果

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