Hydrogen diffusion in BCC-Fe: DFT study of tensorial stress effects and interactions with point defects

扩散 材料科学 压力(语言学) 化学物理 热力学 凝聚态物理 化学 物理 语言学 哲学 有机化学
作者
Gonzalo Álvarez,Javier Sánchez-Montero,Javier Segurado,P. L. de Andrés,Álvaro Ridruejo
出处
期刊:Results in physics [Elsevier]
卷期号:59: 107590-107590
标识
DOI:10.1016/j.rinp.2024.107590
摘要

Hydrogen embrittlement is a multifaceted phenomenon that can significantly compromise the toughness of susceptible metals. We study the critical process of hydrogen diffusion within the body-centered cubic lattice of iron (BCC-Fe or α−Fe) using ab-initio density functional theory (DFT). Beyond standard investigations on the effect of hydrostatic stress, we extend our study to incorporate the influence of uniaxial and pure shear stress states. We find substantial alterations in diffusion barriers. Moreover, we study scenarios involving paired point (zero-dimensional) defects, including one vacancy and an additional interstitial hydrogen atom. Calculations comprehend various configurations and transitions between them, providing insight into the interplay between the chemical environment and mechanical fields. The barrier values here determined offer essential data for complementary techniques, including Monte-Carlo models, to accurately describe hydrogen diffusion. This research contributes to a deeper understanding of hydrogen embrittlement, offering insight that can inform the design of safer materials used in structural engineering.

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