金属学报

作者：宝尔根, 王建韬, 徐文静, 马会, 陈星秋

单位：1.东北大学 材料科学与工程学院 沈阳 110819；2.中国科学院金属研究所 沈阳材料科学国家研究中心 沈阳 110016；3.中国科学技术大学 材料科学与工程学院 沈阳 110016

关键词：第一性原理计算,氢脆,钢,稀土元素,氢扩散,

基金：国家科技重大专项项目(J2019-VI-0019-0134);辽宁省自然科学基金项目(2023-MS-017)

氢脆会导致暴露在含H环境中的金属变脆并开裂，对能源、制造、运输和航空航天等行业构成严重风险，理解H与钢的相互作用在控制氢脆问题中起着至关重要的作用。本工作利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了不同合金元素对H原子溶入完整的及有空位缺陷的α-Fe基固溶体的影响，并根据晶体轨道Hamilton布居分析了H原子与合金元素、Fe原子的相互作用，并用爬坡图像弹性带(CI-NEB)方法计算了合金元素对H原子在α-Fe基固溶体中扩散的影响。结果表明，H原子均倾向溶于合金原子的第二、第三近邻四面体间隙，且溶解焓取决于H与最近邻的合金原子或Fe原子之间的键强；有空位缺陷时，H原子在合金化后Sc、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu的第一近邻空位处的溶解焓比在完整固溶体的四面体间隙位的溶解焓低，而固溶Al、Si、Ti、Zr、Nb、Eu、W的效果则相反；Ti、Cu、Zr、Nb及稀土元素的固溶会增加H原子从合金原子的次近邻至第三近邻四面体间隙的扩散能垒，同时降低其反方向的能垒，而固溶Si、V、Cr、Mn、Co、Ni、Mo、W的效果则相反。

来源：2026年第3期

《金属学报》期刊编辑部

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