钢中氢分布检测技术进展
发布时间：2021-10-23 00:51
主要介绍了几种目前应用比较广泛的氢分布检测技术的原理及其在氢渗透和氢脆研究中的应用,包括三维原子探针（Atom Probe Tomography, APT）、扫描开尔文探针力显微镜（Scanning Kelvin Probe Force Microscopy, SKPFM）、二次离子质谱法（Secondary Ion Mass Spectroscopy, SIMS）和氢微印技术（Hydrogen microprintingtechnique,HMT）,以及可用来检测氢浓度的热脱附质谱技术（Thermaldesorptionspectrometry,TDS）等。总结了几种检测技术的原理和特点,并简要介绍了它们在与H有关领域里的典型应用。其中,APT和SIMS是利用质谱法直接检测H,以获得H在材料中的分布;SKPFM是通过H引起的电位变化,来获得H的分布;HMT是通过置换反应,即H原子将Ag+置换为Ag原子,Ag原子沉积在试样表面的分布来表征H的分布;热脱附法则是通过恒定的升温速率下H脱附速率对不同陷阱的敏感性差异,来获得不同陷阱中的H浓度以及H与陷阱的相互作用。这几种检测技术的空间分辨率...
【文章来源】：表面技术. 2020,49(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
捕获在不同类型缺陷处的氢
Wang[12]采用SKPFM表征了充氢后钢表面的电势变化，发现H在马氏体时效钢的奥氏体相中富集，且引起了电位变化。对含裂纹试样充氢，发现H富集在裂纹尖端，即使在充氢刚停止的一段时间内，H原子也不断地向裂尖处富集，导致裂尖电位由504 m V升高至522 mV，之后随着时间延长，H原子扩散离开裂纹尖端，电位又逐步恢复，如图3所示。Ma等[13]采用单面充氢，用SKPFM研究了H在Ni中的扩散，发现H能够沿Σ3孪晶界快速扩散，而随机晶界上H的扩散则不明显。Hua等[14-16]发现奥氏体不锈钢中的孪晶界为H提供了快速扩散的通道，并且发现在马氏体形成之后，H在与马氏体相邻的奥氏体中富集，与马氏体相邻的奥氏体中的H浓度先增大，然后随着H扩散到奥氏体晶粒内部而减小。此外，研究还发现H的扩散率取决于晶体取向，(001)和(101)晶粒中H的扩散比(111)快。Tohme等[17]利用SKPFM研究了在预充氢的双相钢样品上覆盖一层Pd，发现H可通过Pd层扩散出来，引起电位变化。实验表明，只有覆盖在铁素体相上的Pd层才有大量的H逸出，而嵌入在奥氏体中的小晶粒铁素体上几乎没有H逸出，这是由于周围的奥氏体阻碍了H扩散。
Yoshioka等[43]采用HMT研究了γ-TiAl中的疲劳裂纹，观察到H富集在裂纹尖端，如图6a所示。Yoshioka的研究不仅证明了H会加速疲劳裂纹扩展，同时还采用电子束三维形状测量设备（类似AFM）给出了Ag颗粒的三维形貌，图6b[43]所示，以此计算了Ag颗粒的体积，折算出H的浓度。这种定量计算比前面采用面积比的方法似乎更准确些。Matsunaga和Noda[44]也利用HMT观察到304不锈钢疲劳裂纹附近有Ag颗粒的富集，证明了疲劳滑移带是H的优先扩散通道。Itoh等[45]比较了无变形和经过塑性变形后，Ni3Al和Ni两种材料单面气相充氢后的Ag颗粒聚集，发现H被位错吸附，并随位错滑移而移动。图6 裂尖附近Ag沉淀的三维形貌[43]
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜铅合金的扫描开尔文探针显微镜研究[J]. 周强,谢中,王祝盈,陈小林,王岩国. 电子显微学报. 2006(04)
本文编号：3452148
【文章来源】：表面技术. 2020,49(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
捕获在不同类型缺陷处的氢
Wang[12]采用SKPFM表征了充氢后钢表面的电势变化，发现H在马氏体时效钢的奥氏体相中富集，且引起了电位变化。对含裂纹试样充氢，发现H富集在裂纹尖端，即使在充氢刚停止的一段时间内，H原子也不断地向裂尖处富集，导致裂尖电位由504 m V升高至522 mV，之后随着时间延长，H原子扩散离开裂纹尖端，电位又逐步恢复，如图3所示。Ma等[13]采用单面充氢，用SKPFM研究了H在Ni中的扩散，发现H能够沿Σ3孪晶界快速扩散，而随机晶界上H的扩散则不明显。Hua等[14-16]发现奥氏体不锈钢中的孪晶界为H提供了快速扩散的通道，并且发现在马氏体形成之后，H在与马氏体相邻的奥氏体中富集，与马氏体相邻的奥氏体中的H浓度先增大，然后随着H扩散到奥氏体晶粒内部而减小。此外，研究还发现H的扩散率取决于晶体取向，(001)和(101)晶粒中H的扩散比(111)快。Tohme等[17]利用SKPFM研究了在预充氢的双相钢样品上覆盖一层Pd，发现H可通过Pd层扩散出来，引起电位变化。实验表明，只有覆盖在铁素体相上的Pd层才有大量的H逸出，而嵌入在奥氏体中的小晶粒铁素体上几乎没有H逸出，这是由于周围的奥氏体阻碍了H扩散。
Yoshioka等[43]采用HMT研究了γ-TiAl中的疲劳裂纹，观察到H富集在裂纹尖端，如图6a所示。Yoshioka的研究不仅证明了H会加速疲劳裂纹扩展，同时还采用电子束三维形状测量设备（类似AFM）给出了Ag颗粒的三维形貌，图6b[43]所示，以此计算了Ag颗粒的体积，折算出H的浓度。这种定量计算比前面采用面积比的方法似乎更准确些。Matsunaga和Noda[44]也利用HMT观察到304不锈钢疲劳裂纹附近有Ag颗粒的富集，证明了疲劳滑移带是H的优先扩散通道。Itoh等[45]比较了无变形和经过塑性变形后，Ni3Al和Ni两种材料单面气相充氢后的Ag颗粒聚集，发现H被位错吸附，并随位错滑移而移动。图6 裂尖附近Ag沉淀的三维形貌[43]
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜铅合金的扫描开尔文探针显微镜研究[J]. 周强,谢中,王祝盈,陈小林,王岩国. 电子显微学报. 2006(04)
本文编号：3452148
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