金屬材料中氫行為的第一性原理研究

第1章 緒論1
1.1　氫脆概述1
1.1.1　氫脆分類1
1.1.2　材料的氫脆敏感性2
1.1.3　氫源2
1.1.4　氫陷阱3
1.1.5　氫的擴(kuò)散4
1.1.6　評估氫脆程度的試驗方法5
1.1.7　材料氫脆敏感性的影響因素6
1.2　氫脆機(jī)理研究進(jìn)展7
1.2.1　氫化物的形成和斷裂7
1.2.2　氫致弱鍵機(jī)理8
1.2.3　氫致局部塑性理論9
1.2.4　吸附氫致位錯發(fā)射機(jī)理10
1.2.5　奧氏體鋼的氫致相變機(jī)理12
1.3　氫與金屬相互作用的研究進(jìn)展12
1.3.1　氫在金屬表面的吸附行為12
1.3.2　氫與金屬中空位的相互作用14
1.3.3　氫與位錯的交互作用15
1.3.4　氫與金屬中晶界的相互作用16
1.4　計算方法21
參考文獻(xiàn)22

第2章 鐵表面水分子與硫化氫分子的吸附與解離行為研究31
2.1　研究背景介紹31
2.2　建模與計算方法32
2.2.1　水分子在Fe(111)表面吸附的建模過程32
2.2.2　計算方法33
2.3　計算結(jié)果及討論33
2.3.1　水分子在Fe(111)表面的吸附位置33
2.3.2　Fe(111)表面水分子吸附層的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)36
2.3.3　不同溫度下Fe(111)表面水分子吸附層的變化規(guī)律38
2.3.4　水分子在Fe(111)表面吸附的鍵合特征39
2.3.5　H2S分子在Fe(111)表面的吸附與解離行為40
2.3.6　水環(huán)境中H2S分子在Fe(111)表面的吸附與解離行為42
2.4　本章小結(jié)45
參考文獻(xiàn)46

第3章 氫原子在Fe晶格中的擴(kuò)散機(jī)理研究47
3.1　研究背景介紹47
3.2　計算方法48
3.2.1　H的穩(wěn)定位置的計算方法48
3.2.2　擴(kuò)散系數(shù)的計算方法50
3.3　計算結(jié)果及討論51
3.3.1　氫在α-Fe中的穩(wěn)定位置51
3.3.2　氫在α-Fe晶格中的擴(kuò)散機(jī)理53
3.3.3　氫在γ-Fe中的穩(wěn)定位置54
3.3.4　氫在γ-Fe晶格中的擴(kuò)散機(jī)理55
3.3.5　氫在ε-Fe中的穩(wěn)定位置58
3.3.6　氫在ε-Fe晶格中的擴(kuò)散機(jī)理59
3.3.7　氫在α-Fe、γ-Fe單空位中的穩(wěn)定位置61
3.3.8　氫在α-Fe、γ-Fe單空位中的擴(kuò)散機(jī)理62
3.4　本章小結(jié)64
參考文獻(xiàn)64

第4章 氫原子在γ-Fe晶界處的擴(kuò)散行為研究67
4.1　研究背景介紹67
4.2　計算方法68
4.2.1　晶界模型構(gòu)建68
4.2.2　晶界能及偏析能的計算69
4.3　計算結(jié)果及討論70
4.3.1　三種不同的晶界結(jié)構(gòu)70
4.3.2　氫原子在三種晶界處的占位71
4.3.3　氫原子在Σ3\\[110\\](111)晶界的擴(kuò)散74
4.3.4　氫原子在Σ5\\[001\\](210)晶界的擴(kuò)散75
4.3.5　氫原子在Σ9\\[110\\](221)晶界的擴(kuò)散77
4.3.6　討論78
4.4　本章小結(jié)80
參考文獻(xiàn)81

第5章 硫原子對氫致晶界脆化的影響機(jī)制研究82
5.1　研究背景介紹82
5.2　計算方法83
5.3　計算結(jié)果及討論83
5.3.1　硫原子與氫原子共存時的晶界結(jié)構(gòu)83
5.3.2　第一性原理拉伸試驗84
5.3.3　拉伸過程中晶界的原子構(gòu)型分析85
5.3.4　晶界結(jié)構(gòu)中的鍵長變化85
5.3.5　態(tài)密度分析89
5.3.6　電子密度分析91
5.4　本章小結(jié)92
參考文獻(xiàn)93

第6章 奧氏體鋼中氫對層錯的作用機(jī)理研究94
6.1　研究背景介紹94
6.2　計算方法95
6.2.1　層錯能計算95
6.2.2　剪切變形計算過程96
6.3　計算結(jié)果及討論97
6.3.1　完美晶體中氫的位置對層錯能的影響97
6.3.2　氫原子在完美晶格中的成鍵特征98
6.3.3　滑移過渡態(tài)中氫原子對晶格結(jié)構(gòu)的影響99
6.3.4　氫對完美晶體剪切變形的影響100
6.3.5　空位附近氫原子對層錯能的影響101
6.3.6　討論103
6.4　本章小結(jié)105
參考文獻(xiàn)105