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基于第一性原理的含空位α-Fe和H原子相互作用研究

成应晋

基于第一性原理的含空位α-Fe和H原子相互作用研究

成应晋
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-22

基于第一性原理的含空位α-Fe和H原子相互作用研究

  • 中国船舶重工集团公司第七二五研究所(洛阳船舶材料研究所)
  • 通信作者: 成应晋, 492602560@qq.com
    基金项目: 国家级-国家重点基础研究发展计划(613217)

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吻合良好。

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