金属学报

作者：罗列文, 王明洋, 高志明, 夏大海, 邓意达, 胡文彬

单位：1 天津大学 材料科学与工程学院 天津 300350；2 海南大学 材料科学与工程学院 热带海洋工程材料及评价全国重点实验室 海口 570228

关键词：H捕获,铝合金,晶界,第一性原理计算,

基金：国家自然科学基金项目(52171077);国家自然科学基金项目(52031007)

为了揭示H原子与铝合金晶界在原子尺度的相互作用机制，为抗氢脆设计提供理论支撑，本工作采用第一性原理计算，系统探究了H原子在铝合金中的吸附、扩散行为及其与晶界的原子尺度相互作用机制，并提出抗脆化设计策略。计算结果表明，H原子在Al表面的(001)晶面最稳定的吸附点为短桥位(吸附能为-3.051 eV)，且倾向于占据基体四面体间隙(TIS)；H原子向基体内部的扩散路径遵循TIS-OIS-TIS机制(其中OIS为八面体间隙)，迁移能垒显著。Mg和Zr原子均易于偏析至Al Σ3(111)[110]晶界特定位置，但作用相反：Mg原子通过耗尽电荷削弱晶界结合，而Zr原子通过高电荷密度、强电子局域化及d-p轨道杂化显著强化晶界结合；Zr偏析不仅能够捕获H原子(捕获能最低至-0.459 eV)，还可有效抑制H对邻近Al—Al金属键的破坏，维持晶界强度，但Zn偏析对晶界强化作用有限且可能促进H捕获。本工作首次从原子尺度阐明了Zr元素通过强化晶界结合及抑制H弱化作用的双重机制提升抗氢脆性能。

来源：2025年第11期

《金属学报》期刊编辑部

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