考虑位错效应的氢在铁中的扩散多尺度建模
材料科学
2025-12-22 v1
摘要
氢的扩散及其在捕获器中的吸收是理解和预测氢脆性的基础性第一步。在本研究中，发展了一种多尺度方法，包括 DFT 仿真、OkMC 以及相场位错，以研究包含位错的 α 铁晶体中氢原子的运动。在纳米尺度，研究了氢在铁晶格不同位置的相互作用能，使用 DFT 方法。在微观尺度，利用这些信息为输入，采用包含点缺陷和位错存在的晶格对象动力学蒙特卡洛代码 (OKMC) 来演化大量氢原子在铁晶格中的排列。在连续尺度，引入位错阵列，采用相场方法准确考虑其弹性场和核心区域。OKMC 模型包括 H 和空位的化学能，以及这些点缺陷与位错之间的弹性相互作用。通过 FFT 基方法获得弹性相互作用，允许在各向异性介质中高效计算由缺陷产生的弹性微场。该框架用于获取氢的扩散张量，作为外部应力状态、温度以及位错存在的函数。研究发现，位错显著影响扩散张量，通过破坏其各向同性并通过位错周围的微应力降低其值。
引用
@article{arxiv.2506.20439,
title = {Multiscale modeling of hydrogen diffusion in iron considering the effect of dislocations},
author = {Gonzalo Álvarez and Álvaro Ridruejo and Javier Segurado},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.20439},
year = {2025}
}
备注
32 pages, 6 figures, 6 tables