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Atomistic simulation of phosphorus segregation to $$Sigma$$3(111) symmetrical tilt grain boundary in $$alpha$$-iron

$$alpha$$鉄における$$Sigma$$3(111)対称傾角粒界へのリン偏析の原子シミュレーション

海老原 健一; 鈴土 知明

Ebihara, Kenichi; Suzudo, Tomoaki

照射誘起粒界リン偏析の見積もりは原子炉圧力容器鋼の脆化を評価する上で重要な要素であるが、粒界へのリン移動の物理的過程は依然として不明である。このことから、分子動力学を用いて$$Sigma$$3(111)対称傾角粒界へのリン移動を分子動力学シミュレーションによって評価した。結果として、粒界近傍$$sim$$1nmの範囲で、自己格子間原子が粒界に押し出されることで、鉄-リン混合ダンベルのリン原子と八面体格子間リン原子が置換型原子になることを見出した。空孔-リン複合体も解離し、空孔はリン原子を引きずることなく粒界に吸収された。この結果は、従来考えられている偏析プロセスとは異なることから、それについて新しい視点が必要であると示唆している。

Irradiation-induced grain boundary phosphorus segregation is an important factor for estimating the embrittlement of nuclear reactor pressure vessel steels, but the physical process of phosphorus migration to grain boundaries is still unclear. We numerically studied phosphorus migration toward $$Sigma$$3(111) symmetrical tilt grain boundary in $$alpha$$-iron using molecular dynamics. We found that, in the vicinity of the grain boundary within $$sim$$1 nm distance, an iron-phosphorus mixed dumbbell and an octahedral interstitial phosphorus atom push a self-interstitial atom into the grain boundary, and the phosphorus atom becomes a substitutional atom. A phosphorus vacancy complex in the region also becomes dissociated, and the vacancy is absorbed in the grain boundary without dragging phosphorus. The results claim that a novel view of the segregation process is required.

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