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| 編輯推薦： |
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1.借助理论计算从研究了氢与金属铁的相互作用2.重点研究氢环境中氢在金属表面的吸附及解离规律，氢原子在晶格及晶界中的扩散机制，氢原子对晶界力学性能的影响机理以及对层错的形成机制。
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| 內容簡介： |
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内容简介《金属材料中氢行为的第一性原理研究》介绍了氢脆相关的基本概念以及主要的氢脆机理，借助第一性原理理论计算研究了氢与金属铁的相互作用，重点研究氢环境中氢在金属表面的吸附及解离规律、氢原子在晶格及晶界中的扩散机制、氢原子对晶界力学性能的影响机理以及对层错的形成机制，为更深入地开展抗氢脆材料的研发和氢脆机理研究提供理论指导。本书可供从事材料科学与工程技术人员，特别是从事金属材料研发人员和生产企业技术人员参考，亦可作为高等院校材料专业师生的参考书。
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| 目錄：
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第1章 绪论1
1.1 氢脆概述1
1.1.1 氢脆分类1
1.1.2 材料的氢脆敏感性2
1.1.3 氢源2
1.1.4 氢陷阱3
1.1.5 氢的扩散4
1.1.6 评估氢脆程度的试验方法5
1.1.7 材料氢脆敏感性的影响因素6
1.2 氢脆机理研究进展7
1.2.1 氢化物的形成和断裂7
1.2.2 氢致弱键机理8
1.2.3 氢致局部塑性理论9
1.2.4 吸附氢致位错发射机理10
1.2.5 奥氏体钢的氢致相变机理12
1.3 氢与金属相互作用的研究进展12
1.3.1 氢在金属表面的吸附行为12
1.3.2 氢与金属中空位的相互作用14
1.3.3 氢与位错的交互作用15
1.3.4 氢与金属中晶界的相互作用16
1.4 计算方法21
参考文献22
第2章 铁表面水分子与硫化氢分子的吸附与解离行为研究31
2.1 研究背景介绍31
2.2 建模与计算方法32
2.2.1 水分子在Fe(111)表面吸附的建模过程32
2.2.2 计算方法33
2.3 计算结果及讨论33
2.3.1 水分子在Fe(111)表面的吸附位置33
2.3.2 Fe(111)表面水分子吸附层的稳定结构36
2.3.3 不同温度下Fe(111)表面水分子吸附层的变化规律38
2.3.4 水分子在Fe(111)表面吸附的键合特征39
2.3.5 H2S分子在Fe(111)表面的吸附与解离行为40
2.3.6 水环境中H2S分子在Fe(111)表面的吸附与解离行为42
2.4 本章小结45
参考文献46
第3章 氢原子在Fe晶格中的扩散机理研究47
3.1 研究背景介绍47
3.2 计算方法48
3.2.1 H的稳定位置的计算方法48
3.2.2 扩散系数的计算方法50
3.3 计算结果及讨论51
3.3.1 氢在α-Fe中的稳定位置51
3.3.2 氢在α-Fe晶格中的扩散机理53
3.3.3 氢在γ-Fe中的稳定位置54
3.3.4 氢在γ-Fe晶格中的扩散机理55
3.3.5 氢在ε-Fe中的稳定位置58
3.3.6 氢在ε-Fe晶格中的扩散机理59
3.3.7 氢在α-Fe、γ-Fe单空位中的稳定位置61
3.3.8 氢在α-Fe、γ-Fe单空位中的扩散机理62
3.4 本章小结64
参考文献64
第4章 氢原子在γ-Fe晶界处的扩散行为研究67
4.1 研究背景介绍67
4.2 计算方法68
4.2.1 晶界模型构建68
4.2.2 晶界能及偏析能的计算69
4.3 计算结果及讨论70
4.3.1 三种不同的晶界结构70
4.3.2 氢原子在三种晶界处的占位71
4.3.3 氢原子在Σ3\\[110\\](111)晶界的扩散74
4.3.4 氢原子在Σ5\\[001\\](210)晶界的扩散75
4.3.5 氢原子在Σ9\\[110\\](221)晶界的扩散77
4.3.6 讨论78
4.4 本章小结80
参考文献81
第5章 硫原子对氢致晶界脆化的影响机制研究82
5.1 研究背景介绍82
5.2 计算方法83
5.3 计算结果及讨论83
5.3.1 硫原子与氢原子共存时的晶界结构83
5.3.2 第一性原理拉伸试验84
5.3.3 拉伸过程中晶界的原子构型分析85
5.3.4 晶界结构中的键长变化85
5.3.5 态密度分析89
5.3.6 电子密度分析91
5.4 本章小结92
参考文献93
第6章 奥氏体钢中氢对层错的作用机理研究94
6.1 研究背景介绍94
6.2 计算方法95
6.2.1 层错能计算95
6.2.2 剪切变形计算过程96
6.3 计算结果及讨论97
6.3.1 完美晶体中氢的位置对层错能的影响97
6.3.2 氢原子在完美晶格中的成键特征98
6.3.3 滑移过渡态中氢原子对晶格结构的影响99
6.3.4 氢对完美晶体剪切变形的影响100
6.3.5 空位附近氢原子对层错能的影响101
6.3.6 讨论103
6.4 本章小结105
参考文献105
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| 內容試閱：
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钢铁材料力学性能的提高对降低资源、能源消耗大有裨益，一直都是研究的重点。然而，钢铁材料在冶炼、酸洗、电镀、焊接过程中以及随后的服役时均存在氢渗入的概率，从而导致先进高强度钢存在发生氢脆的风险；再加上服役时应力梯度作用下氢易向高应力区（如相界等）富集，显著增加了承载零部件（如螺栓、悬架弹簧等）或承载钢结构（如压力容器、建筑结构等）发生氢脆的可能性。关于钢铁中的氢脆，早在1875年，Johnson就第一次证实氢会导致材料力学性能的显著恶化，并产生无预警的脆断。自此以后，氢对钢铁材料寿命的影响开始受到重视，并总结出氢脆存在如下几个显著特征：①恶化力学性能，特别是会显著降低伸长率和断面收缩率；②改变断裂机制，形成不同的断口形貌，主要表现为随材料中氢浓度的提高，断裂模式由延性韧窝断裂向脆性解理断裂或沿晶断裂转变；③断裂发生突然，无明显征兆，因而往往引起严重后果。
因此，一直以来氢脆是人们关注的重要问题。目前，针对氢脆问题人们提出多种机制试图解释这种现象，如氢致弱键理论、氢压理论、氢降低表面能理论、氢致相变理论以及氢致局部塑性变形理论等，上述用于描述氢脆的理论都有其适用范围和对象。然而，从本质上来讲，氢脆现象是由于氢与金属产生交互作用而引起的，包括了环境介质在金属表面上的吸附和解离行为，氢原子进入金属材料后在基体中的扩散行为以及氢原子对金属变形行为的影响等。而计算材料科学作为一门新兴学科，在材料研究和性能预测中起到了越来越重要的作用。因此，基于第一性原理研究，对氢原子在面心立方铁晶格间隙、空位、晶界等位置的扩散行为，氢对基体剪切和拉伸变形行为的影响等进行研究，可为抗氢脆金属材料的开发提供指导。
笔者目前任教于北京工商大学，长期从事氢金属系统的研究工作，并在氢在金属材料中的扩散行为、氢对材料的变形机制影响方面积累了一定的研究经验。本书内容分为6章，第1章为绪论，详细介绍了氢脆的基本概念、氢脆机制与研究现状；第2章利用第一性原理探究了水分子与硫化氢分子在铁表面的吸附与解离行为；第3、4章分别研究了氢原子在晶格、晶界中的扩散机制；第5章讨论了氢原子对晶界拉伸变形行为的影响，并探究了硫元素对氢致晶界脆化的影响机制；第6章研究了氢对金属铁剪切变形的作用。本书在编写过程中得到了很多同行、专家的帮助与支持，在这里表示诚挚的感谢！
由于笔者学识水平和经验阅历所限，书中不足之处恳请有关专家和广大读者给予批评、指正。
何 洋
北京工商大学
2022年4月
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