氢在钢铁表面吸附以及扩散的研究现状

发布时间：2024-03-23 22:14

　　氢进入钢铁内部是其发生氢脆的前提,而氢在管线钢表面经历物理吸附、解离、化学吸附、扩散一系列过程才能进入管线钢内部,其中氢原子的化学吸附以及氢扩散是关键步骤。综述了氢在钢铁表面吸附、扩散的研究方法、成果,展望了氢吸附以及氢扩散的研究方向。目前研究氢吸附的主流方法是第一性原理计算。在氢扩散研究方面,试验研究能够分析钢铁组织、相、宏观尺度因素变化对氢扩散的影响;有限元、分子力学、第一性原理多种尺度模拟计算可以分析微区结构变化对扩散的影响。氢在表面的吸附以及表层原子的扩散对氢脆有重要影响,但氢原子在钢铁表面的吸附以及表层扩散主要集中在无缺陷的αFe表面。氢与缺陷的相互作用研究主要集中在体相内部,钢铁表面状态的变化对氢吸附以及表层扩散的影响相关报道较少。需进一步开展在含缺陷钢铁表面的氢吸附研究,阐释表面应力、位错、晶界、相界、合金元素等因素对氢吸附、表层区域氢扩散的影响机理。

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【部分图文】：

图1氢分子扩散进入管线钢示意图

输氢管线中的氢分子做无规则、无间歇的布朗运动。氢不能以分子形态进入金属内部，当氢分子与管线钢内表面接触时，氢分子被吸附到管线钢的表面，然后在表面进一步解离成为原子氢[14]。气态氢分子进入管线钢的过程如图1所示。氢分子通过以下步骤进入管线钢：1）氢分子做无规则的布朗运动，和管线钢....

图2Fe(110)面原子排列及表面高对称点[22]

管线钢的主要相结构是体心立方结构的αFe。低指数表面具有较低的表面能，Fe(110)面是αFe的密排面，具有最低的表面能[18-20]，是平衡凝固过程中最容易暴露的表面。管线钢在轧制过程中，晶粒择优取向，大量晶粒的(110)晶面平行于轧制表面[21]。在αFe表面吸附的研究主要集....

图3电化学氢渗透试验装置[36]

氢渗透法是利用氢从一侧进入试样，在试样内部扩散，从另一侧逸出，分析氢扩散系数的方法。按照氢的来源，氢渗透法分为电化学氢渗透和气相氢渗透。电化学氢渗透试验利用图3[36]所示的Devnathan-Stachurski双电解池氢渗透装置进行。图3中右侧是充氢室，试样右侧表面为阴极，通....

图4H原子扩散进入γFe(111)面[51]

第一性原理计算是指基于量子力学理论的计算方法，通过求解体系粒子的波函数，分析体系的力学、光学、声学等性质。第一性原理计算采用过渡态结构搜索方法，计算H原子扩散路径与扩散能垒，分析速率控制步骤以及晶体结构、应变、缺陷等的影响。吸附在表面的H原子不是直线运动进入αFe内部，而是由吸附....

本文编号：3936544