基于第一性原理的含空位α-Fe和H原子相互作用研究

• 作者: 张磊 成应晋 李梅娥 杨超飞 王涛 薛钢
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 密度泛函理论 热力学分析 铁素体 扩散氢
• 年，卷（期）: 2020,（5）
• 所属期刊栏目: 原子和分子物理学
• 页码范围: 38-49
• 页数: 12页
• 字数: 5921字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.69.20191775

摘要

氢致裂纹是制约超高强度钢应用的关键问题,掌握扩散氢的分布行为有助于弄清氢致裂纹的形成机理.本文采用第一性原理方法计算了H原子占据α-Fe晶格间隙和空位时的情况,得到了晶体的稳定构型及能量,并据此分析了H原子在晶格间隙和空位中的溶解倾向;从Mulliken布居、电子密度分布、态密度分布等角度分析了H原子与α-Fe晶体间隙和空位之间的相互作用.结果表明:间隙H原子倾向占据α-Fe四面体间隙位,其1s轨道电子与Fe的4s轨道电子呈微弱共轭杂化;空位是强氢陷阱,H原子倾向占据空位内壁附近的等电荷面.在真空0 K条件下单空位最多稳定溶解3个H原子,且H原子之间未表现出自发形成H2的倾向;间隙和空位中的H原子溶入改变了Fe晶格内电子分布导致原子结合力弱化,并在局部区域形成反键.基于第一性原理能量计算结果开展热力学分析,分析结果表明大多数情况下间隙H原子都是H主要的固溶形式,H平衡溶解度计算结果与实际符合良好.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	张磊	西安交通大学金属材料强度国家重点实验室	154	671	13.0	20.0
2	李梅娥	西安交通大学金属材料强度国家重点实验室	13	275	7.0	13.0
3	薛钢		14	32	3.0	4.0
4	成应晋		1	0	0.0	0.0
5	杨超飞		1	0	0.0	0.0
6	王涛		1	0	0.0	0.0