近日,《Nature Communications》以“Atomic-scale insights on hydrogen trapping and exclusion at incoherent interfaces of nanoprecipitates in martensitic steels”為題在線發(fā)表了我校材料基因工程高精尖創(chuàng)新中心喬利杰教授團(tuán)隊(duì)和南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院/格萊特研究院陳光院士團(tuán)隊(duì)的最新合作成果。該研究發(fā)現(xiàn)并非所有的納米析出相都能捕獲氫,析出相與基體界面上的碳/硫空位和彈性拉應(yīng)變場(chǎng)可能決定了界面的氫捕獲行為。該成果為探究納米尺度特征的氫捕獲行為和微觀機(jī)理提供了一種有效的實(shí)驗(yàn)方法,為利用納米相析出相兼得強(qiáng)化和抗氫效果奠定了一定基礎(chǔ)。
氫原子是半徑最小的原子之一,很容易滲入材料中,使材料在低于其屈服強(qiáng)度或塑性變形能力的情況下發(fā)生脆性斷裂,極大危害材料的服役安全。一般來說,材料強(qiáng)度越高對(duì)氫越敏感,因此高強(qiáng)鋼研發(fā)和服役過程中需要關(guān)注“氫脆”問題。前期研究表明,彌散分布在金屬材料基體中的納米析出相除了能強(qiáng)化材料外,也可能捕獲氫,進(jìn)而減少材料中可擴(kuò)散氫的含量,起到提升材料抗氫能力的效果。然而,納米析出相捕獲氫的微觀機(jī)理目前仍缺乏明確的實(shí)驗(yàn)證據(jù);另外,對(duì)于非共格納米析出相,由于其與基體的非共格界面結(jié)構(gòu)多樣且復(fù)雜,對(duì)氫的捕獲行為和機(jī)制也存在爭(zhēng)議。
本研究通過掃描開爾文探針力顯微鏡(SKPFM)首次原位探測(cè)了單個(gè)非共格納米析出相界面捕獲氫原子的行為(如圖1-2)。結(jié)果表明,不是所有的析出相都有助于抗氫脆,有些非共格界面捕獲氫原子,而有些非共格界面排斥氫原子。
圖1. 馬氏體鋼中納米析出相的原子力顯微鏡形貌圖和掃描開爾文探針力顯微鏡實(shí)驗(yàn)過程示意圖
注:納米相周圍的暗環(huán)和亮環(huán)分別表明了其捕獲氫和排斥氫的行為
圖2. 原位掃描開爾文探針力顯微鏡照片揭示了不同納米析出顆粒迥異的氫捕獲行為
進(jìn)一步,通過球差校正掃描透射電子顯微鏡表征了上述不同行為特征對(duì)應(yīng)的界面原子尺度結(jié)構(gòu)和化學(xué)特征(如圖3-4),表明具有氫捕獲特征的納米析出相表面存在碳/硫空位,且界面近鄰基體存在彈性拉應(yīng)變場(chǎng);相反的,具有排斥氫特征的納米析出相表面沒有明顯的碳/硫空位,且界面臨近基體存在彈性壓應(yīng)變場(chǎng)。因此,碳/硫空位和彈性拉應(yīng)變很可能是非共格界面捕獲氫原子行為的關(guān)鍵要素。
圖3. 納米析出相結(jié)構(gòu)、與基體的相對(duì)取向和界面模型
圖4. 納米相內(nèi)部和界面處電子能量損失譜分析和界面附近的原子級(jí)應(yīng)變分布
上述認(rèn)識(shí)為更好的利用納米相析出相兼得強(qiáng)化和抗氫效果,為開發(fā)高強(qiáng)“抗氫”鋼提供了基礎(chǔ)指導(dǎo)。由于固溶氫原子的直接成像較為困難,該研究為探究納米尺度特征的氫捕獲行為并同位剖析其微觀機(jī)理提供了一種有效的實(shí)驗(yàn)方法,為材料-氫交互作用的原子機(jī)理研究提供了新途徑。本工作得到了國家自然科學(xué)基金(U1706221, 52071022, 51571117, 52171002)的大力支持。
免責(zé)聲明:本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有,如果涉及侵權(quán),請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。
相關(guān)文章

官方微信
《腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
- 投稿聯(lián)系:編輯部
- 電話:010-62316606-806
- 郵箱:fsfhzy666@163.com
- 腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方QQ群:140808414
文章推薦
點(diǎn)擊排行
PPT新聞
“海洋金屬”——鈦合金在艦船的
點(diǎn)擊數(shù):8158
腐蝕與“海上絲綢之路”
點(diǎn)擊數(shù):6488