Влияние Водорода На Флуктуационное Охрупчивание Алюминия

Abstract

The main processes occurring during vacancy generation in aluminum in the presence of hydrogen are described on the base of ab initio methods using the meta-functional SCAN. It was shown that hydrogen reduces the vacancy generation energy from 2.8 eV to 0.8 eV. In this case, eight hydrogen atoms located in the tetrahedral voids of the lattice around one aluminum atom make it much easier for it to move to the interstitial site. In accordance with the kinetic concept of embrittlement the dependence of the activation energy of hydrogen embrittlement of aluminum is calculated on the concentration of hydrogen and temperature. It is shown that hydrogen reduces the time of aluminum embrittlement only if its concentration in aluminum is more than critical one (~3⋅〖10〗^(-4) at T=293 K).

Анализ Водородоустойчивости Алюминиевых Сплавов

“…Поэтому поиск легирующих добавок к алюминию, замедляющих процесс водородного охрупчивания, и создание тем самым водородоустойчивых алюминиевых сплавов являются актуальной задачей [5]. В работе [6] был установлен механизм охрупчивания чистого алюминия водородом. Атом алюминия, который окружен несколькими атомами водорода в октаэдрических пустотах, гораздо легче перемещается в междоузлие (тетраэдрическую пустоту) по сравнению с чистым алюминием.…”

“…Атом алюминия, который окружен несколькими атомами водорода в октаэдрических пустотах, гораздо легче перемещается в междоузлие (тетраэдрическую пустоту) по сравнению с чистым алюминием. Поэтому в алюминии, в котором растворен водород, вакансии образуются гораздо быстрее, что, согласно флуктуационной теории разрушения Журкова [7], приводит к резкому сокращению времени растрескивания, особенно под действием механической нагрузки [6]. Настоящая работа посвящена нахождению добавок к алюминию, существенно замедляющих процесс водородного охрупчивания, методами квантовой химии с использованием обобщенного градиентного функционала плотности PBE [8].…”

“…Основываясь на флуктуационной теории охрупчивания алюминия [6], можно назвать три необходимых свойства, которыми должны обладать искомые добавки к алюминию, чтобы быть оптимальными с точки зрения водородоустойчивости. Во-первых, добавки должны сжимать алюминий, уменьшая расстояние между атома-ми алюминия.…”

“…Поэтому алюминий имеет низкий предел прочности и легко растрескивается, особенно под действием механических напряжений и в присутствии водорода, который дополнительно ослабляет связи. Слабые химические связи означают высокую скорость генерации вакансий [6,10]. Во-вторых, добавки сами должны образовывать прочные связи с атомами алюминия [10].…”

Formation of surface layer of hydrogen in pure aluminum

“…При этом происходит реакция с образованием водорода 3H 2 O +2Al = Al 2 O 3 + 3H 2 [2]. При затвердевании Al (растворимость H в твёрдом Al равна 0,034 мл/100 г при температуре плавления), как правило, оказывается, что концентрация атомов H превышает критическую концентрацию H зарождения пузырей водорода (и, соответственно, пор в Al) 0,2-0,3 мл/100 г. Следовательно, в твёрдом Al и алюминиевых сплавах начинается процесс образования пор [2], приводящий впоследствии к охрупчиванию и образованию трещин [3][4][5][6][7]. Именно поэтому детальное микроскопическое описание поведения атомов H в Al является актуальной задачей.…”