Grain-Boundary Diffusion of Hydrogen Atoms in the α-Iron

Abstract

Grain boundary diffusion of hydrogen atoms in the α-iron is analysed based on the theoretical modelling. By means of molecular-dynamics simulation of hydrogen-atoms’ migration in selected special grain boundaries with different misorientation angles as well as in the bulk, it is demonstrated that the activation enthalpy of hydrogen migration in the grain boundary is higher than that in the bulk. Based on this result, a conclusion is made that grain boundaries in the iron are traps for hydrogen atoms and retard their migration. As supposed, an increase in the hydrogen grain-boundary diffusion, as observed in some experiments, is related to the hydrogen-caused intergranular cracking

Посредством теоретического моделирования исследована зернограничная диффузия атомов водорода в α-железе. Молекулярно-динамическое моделирование миграции атомов водорода в выбранных границах зёрен с разными углами разориентировки, а так же в объёме зерна, показало, что энтальпия активации миграции атомов водорода по границам зёрен выше, чем соответствующее значение в объёме зерна. Основываясь на этих результатах, сделан вывод, что границы зёрен в железе являются ловушками для атомов водорода и замедляют их миграцию. Сделано предположение, что увеличение коэффициента зернограничной диффузии водорода, наблюдавшееся в некоторых экспериментах, связано с индуцированным водородом межкристаллитным растрескиванием.

За допомогою теоретичного моделювання було проаналізовано зерномежову дифузію атомів водню в α-залізі. Молекулярно-динамічне моделювання міґрації атомів водню в обраних межах зерен з різними кутами дезорієнтації, а також в об’ємі зерна, показало, що ентальпія активації міґрації атомів водню по межах зерен вища, ніж відповідне значення в об’ємі зерна. На підґрунті цих результатів зроблено висновок, що межі зерен у залізі є пастками для атомів водню і сповільнюють їх міґрацію. Зроблено припущення, що збільшення коефіцієнта зерномежової дифузії водню, яке спостерігалося в деяких експериментах, пов’язане з індукованим воднем міжкристалітним розтріскуванням.