氢进入体心立方铁的晶体学控制：来自 ab initio 模拟的见解

体心立方（bcc）铁的氢吸收是后续氢脆的根本原因，该过程始于表面。在本文中，我们量化了 H 从表面扩散到体相的容易程度。我们考虑了一组低指数、邻晶和一般 Fe 表面，并将 H 渗透视为一个两步过程。首先，密度泛函计算确定了孤立 H 原子在每一个晶体学上不同表面位置的吸附能。其次，对于每个吸附位点，我们映射了将原子带入表面下方并进入晶格的最小能量路径。在所有十个研究的取向上，出现了一个清晰的趋势：结合氢最弱（吸附能最高）的位点是进入金属内部最低势垒扩散通道的起点。因此，最不利的吸附口袋充当了有效次表面渗透的门户。这些见解提供了一条实用的设计规则：通过适当的表面织构或取向控制，抑制或最小化此类高能吸附基元的暴露，应能使 bcc 铁组件更不易发生氢吸收及相关的脆化。