纯铁中氢渗透的模拟用于捕获与表面现象表征
应用物理
2020-10-27 v1 材料科学
数值分析
数值分析
摘要
需要能够预测氢在应力集中区和裂纹尖端附近局部积累的数值模型，以预防和减轻钢中的氢辅助断裂。金属中捕获参数的实验表征是准确模拟氢传输所必需的，通常通过电渗透试验进行。为研究渗透过程中的晶粒尺寸影响和晶界捕获，探索了两种建模方法：一种以陷阱密度和结合能为输入参数的一维有限元模型，以及一种基于为晶界赋予较低扩散率和溶解度的多晶模型。对经过两种不同热处理（950°C 40 分钟和 1100°C 5 分钟）的纯铁样品，施加三个连续的上升渗透步骤和三个下降步骤进行测试。实验结果表明，较细晶粒的微结构因晶界捕获而促进扩散延迟。重新审视了确定陷阱密度和结合能的常用方法，其中考虑了极限稀释和饱和情形。为此，对表观扩散率进行拟合，同时包含边界条件的影响，并比较恒定浓度与恒定通量假设给出的结果。纯铁的晶界表征显示结合能在 37.8 至 39.9 kJ/mol 之间且陷阱密度较低，但数值证明饱和或稀释假设并非总成立，陷阱参数的唯一确定需要更广的渗透充电条件范围。还研究了表面参数（即充电电流、复合电流和表面浓度）之间的关系。
引用
@article{arxiv.2010.13567,
title = {Simulation of hydrogen permeation through pure iron for trapping and surface phenomena characterisation},
author = {A. Díaz and A. Zafra and E. Martínez-Pañeda and J. M. Alegre and J. Belzunce and I. I. Cuesta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.13567},
year = {2020}
}