金属材料中氢行为的第一性原理研究

1.借助理论计算从研究了氢与金属铁的相互作用 2.重点研究氢环境中氢在金属表面的吸附及解离规律，氢原子在晶格及晶界中的扩散机制，氢原子对晶界力学性能的影响机理以及对层错的形成机制。

《金属材料中氢行为的第一性原理研究》介绍了氢脆相关的基本概念以及主要的氢脆机理，借助第一性原理理论计算研究了氢与金属铁的相互作用，重点研究氢环境中氢在金属表面的吸附及解离规律、氢原子在晶格及晶界中的扩散机制、氢原子对晶界力学性能的影响机理以及对层错的形成机制，为更深入地开展抗氢脆材料的研发和氢脆机理研究提供理论指导。本书可供从事材料科学与工程技术人员，特别是从事金属材料研发人员和生产企业技术人员参考，亦可作为高等院校材料专业师生的参考书。

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第1章 绪论1
1.1 氢脆概述1
1.1.1 氢脆分类1
1.1.2 材料的氢脆敏感性2
1.1.3 氢源2
1.1.4 氢陷阱3
1.1.5 氢的扩散4
1.1.6 评估氢脆程度的试验方法5
1.1.7 材料氢脆敏感性的影响因素6
1.2 氢脆机理研究进展7
1.2.1 氢化物的形成和断裂7
1.2.2 氢致弱键机理8
1.2.3 氢致局部塑性理论9
1.2.4 吸附氢致位错发射机理10
1.2.5 奥氏体钢的氢致相变机理12
1.3 氢与金属相互作用的研究进展12
1.3.1 氢在金属表面的吸附行为12
1.3.2 氢与金属中空位的相互作用14
1.3.3 氢与位错的交互作用15
1.3.4 氢与金属中晶界的相互作用16
1.4 计算方法21
参考文献22
第2章 铁表面水分子与硫化氢分子的吸附与解离行为研究31
2.1 研究背景介绍31
2.2 建模与计算方法32
2.2.1 水分子在Fe(111)表面吸附的建模过程32
2.2.2 计算方法33
2.3 计算结果及讨论33
2.3.1 水分子在Fe(111)表面的吸附位置33
2.3.2 Fe(111)表面水分子吸附层的稳定结构36
2.3.3 不同温度下Fe(111)表面水分子吸附层的变化规律38
2.3.4 水分子在Fe(111)表面吸附的键合特征39
2.3.5 H2S分子在Fe(111)表面的吸附与解离行为40
2.3.6 水环境中H2S分子在Fe(111)表面的吸附与解离行为42
2.4 本章小结45
参考文献46
第3章 氢原子在Fe晶格中的扩散机理研究47
3.1 研究背景介绍47
3.2 计算方法48
3.2.1 H的稳定位置的计算方法48
3.2.2 扩散系数的计算方法50
3.3 计算结果及讨论51
3.3.1 氢在α-Fe中的稳定位置51
3.3.2 氢在α-Fe晶格中的扩散机理53
3.3.3 氢在γ-Fe中的稳定位置54
3.3.4 氢在γ-Fe晶格中的扩散机理55
3.3.5 氢在ε-Fe中的稳定位置58
3.3.6 氢在ε-Fe晶格中的扩散机理59
3.3.7 氢在α-Fe、γ-Fe单空位中的稳定位置61
3.3.8 氢在α-Fe、γ-Fe单空位中的扩散机理62
3.4 本章小结64
参考文献64
第4章 氢原子在γ-Fe晶界处的扩散行为研究67
4.1 研究背景介绍67
4.2 计算方法68
4.2.1 晶界模型构建68
4.2.2 晶界能及偏析能的计算69
4.3 计算结果及讨论70
4.3.1 三种不同的晶界结构70
4.3.2 氢原子在三种晶界处的占位71
4.3.3 氢原子在Σ3\[110\](111)晶界的扩散74
4.3.4 氢原子在Σ5\[001\](210)晶界的扩散75
4.3.5 氢原子在Σ9\[110\](221)晶界的扩散77
4.3.6 讨论78
4.4 本章小结80
参考文献81
第5章 硫原子对氢致晶界脆化的影响机制研究82
5.1 研究背景介绍82
5.2 计算方法83
5.3 计算结果及讨论83
5.3.1 硫原子与氢原子共存时的晶界结构83
5.3.2 第一性原理拉伸试验84
5.3.3 拉伸过程中晶界的原子构型分析85
5.3.4 晶界结构中的键长变化85
5.3.5 态密度分析89
5.3.6 电子密度分析91
5.4 本章小结92
参考文献93
第6章 奥氏体钢中氢对层错的作用机理研究94
6.1 研究背景介绍94
6.2 计算方法95
6.2.1 层错能计算95
6.2.2 剪切变形计算过程96
6.3 计算结果及讨论97
6.3.1 完美晶体中氢的位置对层错能的影响97
6.3.2 氢原子在完美晶格中的成键特征98
6.3.3 滑移过渡态中氢原子对晶格结构的影响99
6.3.4 氢对完美晶体剪切变形的影响100
6.3.5 空位附近氢原子对层错能的影响101
6.3.6 讨论103
6.4 本章小结105
参考文献105