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NbC/α-Fe半共格界面深氢陷阱的原子尺度研究

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【作者】 石荣建马源王自东高磊杨许生乔利杰庞晓露

【机构】 北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心北京科技大学腐蚀与防护中心北京科技大学材料科学与工程学院香港理工大学工业及系统工程学系香港理工大学深圳研究院

【摘要】 高强钢的氢脆是限制其工业应用的重要瓶颈,而碳化铌(NbC)纳米析出相在提升强度的同时也能提高抗氢脆性能。本文利用高分辨透射电镜(HRTEM)直接观察到马氏体钢中NbC与Fe基体的半共格界面处存在大量失配位错,在回火态样品中含有大量的尺寸在5-10nm的半共格NbC纳米析出相,通过HRTEM原子级观察得到NbC(平均直径为10.0±3.3 nm)与Fe基体之间为K-S半共格取向关系,并且其半共格界面处存在高密度的两套失配位错。为了揭示NbC深氢陷阱的本质,即界面处高密度的失配位错是否是深氢陷阱的捕获位点,我们对NbC与α-Fe的B-N界面、K-S半共格界面进行第一性原理计算(DFT)建模与计算,计算其与氢的结合能并观察氢的捕获位点。在B-N的共格界面处,氢处在Fe的弹性应变场,结合能为0.06 eV(约为6kJ/mol);对于含有界面碳空位的B-N共格界面,氢处在碳空位中心,结合能为0.33 eV,即32kJ/mol;在透射电镜下得到的K-S半共格界面中,氢处在失配位错核心,结合能为0.80 eV (77 kJ/mol)。采用热脱附谱法(TDS)实验得到的激活能为81.8 kJ/mol。结合DFT和TDS证实了这些失配位错核心是NbC作为深氢陷阱的根源,并基于这种理念得到具有优异抗氢脆性能的高强马氏体钢。

【关键词】 高强钢氢脆NbC半共格界面HRTEM
  • 【会议录名称】 第十一届全国腐蚀与防护大会论文摘要集
  • 【会议名称】第十一届全国腐蚀与防护大会
  • 【会议时间】2021-07-02
  • 【会议地点】中国辽宁沈阳
  • 【分类号】TG142.1
  • 【主办单位】中国腐蚀与防护学会
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