鋼鐵領(lǐng)域再發(fā)Science 氫脆原來是這么回事

金屬基材料的力學性能受氫的影響最為嚴重，因而長期以來受到工業(yè)界和學術(shù)界的廣泛關(guān)注。人們發(fā)現(xiàn)氫降低材料塑性發(fā)生在幾乎所有重要的金屬與合金中，是一個普遍的現(xiàn)象，并給這種現(xiàn)象起了一個專有名字：氫脆。

氫脆現(xiàn)象是阻礙高強鋼廣泛使用的一大因素，氫在諸如燃料電池之類的能源領(lǐng)域也具有重要應用。但氫會擴散到材料中并使它們更容易斷裂，氫脆涉及多尺度氫缺陷的相互作用。由于氫原子質(zhì)量小，容易遷移，采用常規(guī)技術(shù)手段難以確定氫在材料中的精確位置，從而限制了人們對氫脆現(xiàn)象的理解。熱脫附光譜法可以識別氫的保留或捕獲，但是這些數(shù)據(jù)很難和不同微觀組織特征的相對貢獻聯(lián)系起來。

為此，研究人員使用低溫轉(zhuǎn)移原子探針層析成像技術(shù)，確定了兩種普通鋼鐵材料中氫原子的確切位置，這是一項新的突破。相關(guān)論文2020年1月10日以題為Observationofhydrogentrappingatdislocations,grainboundaries,andprecipitates發(fā)表在Science期刊。文章第一作者單位是悉尼大學，通訊單位是悉尼大學和中信金屬，合作單位還包括北京科技大學、上海交通大學等。

對氫陷阱的直接觀察將有助于開發(fā)出更耐氫脆的材料。為此，研究人員通過低溫轉(zhuǎn)移原子探針層析成像技術(shù)來觀察鋼中特定微觀結(jié)構(gòu)特征下的氫。結(jié)果表明，氫原子被釘扎在鋼中位錯、晶界、析出相等位置不同界面。在富碳的位錯和晶界處直接觀察到了氫，這為氫脆模型提供了實驗證據(jù)。在NbC析出相與鋼基體不相連的界面處也觀察到了氫。這直接證明了不相連的界面處可成為氫陷阱，這一發(fā)現(xiàn)對于設(shè)計抗脆性鋼具有重要重義。