Исследование взаимодействия водорода с границами зерен в α-FE

Исследование взаимодействия водорода с границами зерен в α-FE

Автор: Верховых Анастасия Владимировна, Окишев Константин Юрьевич, Мирзоев Александр Аминулаевич, Мирзаев Джалал Аминулович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy

Рубрика: Физическая химия и физика металлургических систем

Статья в выпуске: 3 т.16, 2016 года.

Бесплатный доступ

Представлены результаты первопринципного моделирования взаимодействия водорода с границами зерен в α-железе. Моделирование проводилось в рамках теории функционала плотности (DFT) полнопотенциальным методом линеаризованных присоединенных плоских волн (FP LAPW) с учетом обобщенного градиентного приближения (GGA'96) в программном пакете WIEN2k. Были изучены три границы зерен наклона: Σ3(111), Σ5(210) и Σ5(310). Построение суперячеек границ зерен наклона осуществлялось с помощью модели решетки совпадающих узлов. Суперячейки содержали 40-48 атомов, т. е. по 20-24 атома в каждом из двух зерен. Определены энергия формирования границ зерен: 1,46; 1,83 и 1,44 Дж/м2 и максимальные энергии захвата атома водорода границами 0,39; 0,81 и 0,43 эВ, соответственно. Эти данные хорошо согласуются с результатами, представленными в других работах. Высокое значение энергии связи водорода с границей зерна Σ5(210), вероятно, связано с асимметричным строением конфигурации атомов, полученной в результате взаимного жесткого сдвига двух зерен, которые необходимо было ввести, чтобы обеспечить оптимальные расстояния между атомами Fe, в отличие от двух других типов границ зерен.

Еще

Первопринципное моделирование, оцк-железо, водород, граница зерен

Короткий адрес: https://sciup.org/147157040

IDR: 147157040   |   DOI: 10.14529/met160305

Список литературы Исследование взаимодействия водорода с границами зерен в α-FE

  • Sutton A.P., Balluffi R.W. Interfaces in Crystalline Materials. Oxford, Clarendon Press, 1995. 820 p.
  • Pressouyre G.M., Bernstein I.M. A Kinetic Trapping Model for Hydrogen-Induced Cracking. Acta Metallurgica, 1979, vol. 27, no. 1, pp. 89-100 DOI: 10.1016/0001-6160(79)90059-2
  • Hirth J. Effects of Hydrogen on the Properties of Iron and Steel. Metallurgical Transactions A, 1980, vol. 11, no. 6, pp. 861-890 DOI: 10.1007/BF02654700
  • Oriani R.A. Hydrogen Embrittlement of Steels. Annual Review of Materials Research, 1978, vol. 8, pp. 327-357 DOI: 10.1146/annurev.ms.08.080178.001551
  • Oriani R.A., Josephic P.H. Equilibrium Aspects of Hydrogen-Induced Cracking of Steels. Acta Metallurgica, 1974, vol. 22, no. 9, pp. 1065-1074 DOI: 10.1016/0001-6160(74)90061-3
  • Birnbaum H.K., Sofronis P. Hydrogen-Enhanced Localized Plasticity -A Mechanism for Hydrogen-Related Fracture. Materials Science and Engineering A, 1994, Vol. 176, no. 1-2, pp. 191-202 DOI: 10.1016/0921-5093(94)90975-X
  • Zhong L., Wu R., Freeman A.J., Olson G.B. Charge Transfer Mechanism of Hydrogen-Induced Intergranular Embrittlement of Iron. Physical Review B, 2000, vol. 62, no. 21, pp. 13938-13941 DOI: 10.1103/PhysRevB.62.13938
  • Tian Z.X., Yan J.X., Hao W., Xiao W. Effect of Alloying Additions on the Hydrogen-Induced Grain Boundary Embrittlement in Iron. Journal of Physics: Condensed Matter, 2011, vol. 23, no. 1, 015501 DOI: 10.1088/0953-8984/23/1/015501
  • Matsumoto R., Riku M., Taketomi S., Miyazaki N. Hydrogen -Grain Boundary Interaction in Fe, Fe-C, and Fe-N Systems. Progress in Nuclear Science and Technology, 2010, vol. 2, pp. 9-15 DOI: 10.15669/pnst.2.9
  • Momida H., Asari Y., Nakamura Y., Tateyama Y., Ohno T. Hydrogen-Enhanced Vacancy Embrittlement of Grain Boundaries in Iron. Physical Review B, 2013, vol. 88, no. 14, 144107 DOI: 10.1103/PhysRevB.88.144107
  • Du Y.A., Ismer L., Rogal J., Hickel T., Neugebauer J., Drautz R. First-Principles Study on the Interaction of H Interstitials with Grain Boundaries in α-and γ-Fe. Physical Review B, 2011, vol. 84, no. 14, 144121 DOI: 10.1103/PhysRevB.84.144121
  • Gesari S.B., Pronsato M.E., Juan A. The Electronic Structure and Bonding of H Pairs at =5 BCC Fe Grain Boundary. Applied Surface Science, 2002, vol. 187, no. 3-4, pp. 207-217 DOI: 10.1016/S0169-4332(01)00990-4
  • Tahir A.M., Janisch R., Hartmaier A. Hydrogen Embrittlement of a Carbon Segregated 5(310) Symmetrical Tilt Grain Boundary in α-Fe. Materials Science and Engineering A, 2014, vol. 612, pp. 462-467 DOI: 10.1016/j.msea.2014.06.071
  • Gesari S.B., Pronsato M.E., Juan A. Grain Boundary Segregation of Hydrogen in Bcc Iron: Electronic Structure. Surface Review and Letters, 2002, vol. 9, no. 3-4, pp. 1437-1442 DOI: 10.1142/S0218625X02003998
  • Singh D.J. Nordström L. Introduction to the LAPW Method. Planewaves, Pseudopotentials, and the LAPW Method. Springer, 2006, pp. 43-52 DOI: 10.1007/978-0-387-29684-5_4
  • Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple. Physical Review Letters, 1996, vol. 77, no. 18, pp. 3865-3868 DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.3865
  • Blaha P. Wien2k. User's Guide (2014). Available at: http://www.wien2k.at/reg user/textbooks/usersguide.pdf (accessed 15 June 2016).
  • Monkhorst H.J., Pack J.D. Special Points for Brillouin-Zone Integrations. Physical Review B, 1976, vol. 13, no. 12, pp. 5188-5192 DOI: 10.1103/PhysRevB.13.5188
  • Урсаева А.В., Рузанова Г.Е., Мирзоев А.А. Выбор оптимальных параметров для построения максимально точной модели ОЦК-железа. Вестник ЮУрГУ. Серия «Математика. Механика. Физика». 2010. Vol. 9. P. 97-101.
  • Эмсли Дж. Элементы: пер. с англ. М.: Мир, 1993. 256 с.
  • Rice J.R., Wang J.-S. Embrittlement of Interfaces by Solute Segregation. Materials Science and Engineering A, 1989, vol. 107, pp. 23-40 DOI: 10.1016/0921-5093(89)90372-9
  • Wachowicz E., Ossowski T., Kiejna A. Cohesive and Magnetic Properties of Grain Boundaries in Bcc Fe with Cr Additions. Physical Review B, 2010, vol. 81, no. 9, 094104 DOI: 10.1103/PhysRevB.81.094104
  • Gao N., Fu C.-C., Samaras M., Schäublin R., Victoria M., Hoffelner W. Multiscale Modelling of Bi-Crystal Grain Boundaries in Bcc Iron/N. Gao, C.-C. Fu, M. Samaras et al.//Journal of Nuclear Materials, 2009, vol. 385, no. 2, pp. 262-267 DOI: 10.1016/j.jnucmat.2008.12.016
  • Van Vlack L.H. Intergranular Energy of Iron and Some Iron Alloys. Transactions AIME, 1951, vol. 191, pp. 251-259.
  • Roth T.A. The Surface and Grain Boundary Energies of Iron, Cobalt and Nickel. Materials Science and Engineering, 1975, vol. 18, no. 2, pp. 183-192 DOI: 10.1016/0025-5416(75)90168-8
  • Ono K., Meshii M. Hydrogen Detrapping from Grain Boundaries and Dislocations in High Purity Iron. Acta Metallurgica et Materialia, 1992, vol. 40, no. 6, pp. 1357-1364 DOI: 10.1016/0956-7151(92)90436-I
  • Mirzaev D.A., Mirzoev A.A., Okishev K.Yu., Verkhovykh A.V. Hydrogen-Vacancy Interaction in Bcc Iron: Ab initio Calculations and Thermodynamics. Molecular Physics, 2014, vol. 112, no. 13, pp. 1745-1754 DOI: 10.1080/00268976.2013.861087
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp