空位对元素 Fe 和 Cr 中氢原子迁移与捕获的影响：DFT 与 kMC 研究
材料科学
2026-05-28 v1
摘要
氢-空位相互作用在决定面心立方 (BCC) 金属中氢输运和脆化方面发挥重要作用。本研究采用密度泛函理论 (DFT) 和动力学蒙特卡洛 (kMC) 多尺度方法，考察了氢在 BCC Fe 和 Cr 中的行为。DFT 计算的结合能和 Bader 电荷分析表明，氢在 Cr 中的捕获作用强于 Fe。通过爬坡图像受限弹性法计算了迁移和脱捕能垒，结果显示随着氢原子数的增加，脱捕能垒 generally 降低。然而，Fe 中第六个氢原子表现出有限的能垒，与一些先前报告的结果不符。kMC 模拟随后用于评估氢在更长时间和空间尺度上的扩散。结果表明，空位缺陷显著降低氢的迁移性并增加有效活化能，在 Cr 中由于捕获更强，影响更为显著。该结合的 DFT-kMC 框架为理解 BCC 金属中氢捕获、脱捕和扩散机制提供了细致的见解，为理解结构材料中的氢脆化提供了重要启示。
引用
@article{arxiv.2605.27983,
title = {Effect of Vacancies on Hydrogen Mobility and Trapping in Elemental Fe and Cr: A DFT and kMC Study},
author = {Vallinathan K and Gurpreet Kaur and Sharat Chandra},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.27983},
year = {2026}
}