2020年1月10

悉尼大学的研究人员首次发现了氢如何导致钢材脆化的证据。当氢进入钢，它使金属变得脆弱，导致灾难性的故障。这是迈向一个更绿色、以氢为燃料的未来的主要挑战之一，在未来，钢罐和管道是必须能够在纯氢环境中生存的基本组件。

正如《科学》杂志上的一篇论文所描述的，研究人员发现，氢在称为位错的微观结构和组成钢的单个晶体之间的边界处聚集。这种堆积削弱了钢的这些特性，导致脆化。

高强钢的氢脆是高强钢在可持续能源生产中应用的一个障碍。氢脆涉及多尺度的氢缺陷相互作用。然而，测量氢原子精确位置的挑战限制了我们的理解。热解吸光谱可以识别氢的保留或捕获，但数据不能很容易地与不同微观结构特征的相对贡献联系起来。

我们用低温转移原子探针层析法观察了钢中氢的微观结构特征。直接观察富碳位错和晶界处的氢为脆化模型提供了验证。在碳化铌和周围钢的非共格界面上观察到的氢提供了直接证据，证明这些非共格界面可以作为俘获点。这些信息对设计抗脆化钢至关重要。

———Chen et al.

上图:强调氢(红色)与钢的晶体结构中位错的联系。下图突出显示了氢原子(红色小球)在晶体边界处的浓度和钢中的位错。来源:悉尼大学

研究人员还发现了第一个直接的证据，证明碳化铌团簇在钢中以一种不容易移动到位错和晶界而导致脆化的方式捕获氢。这种效应有可能用于设计抗脆化钢。

来自澳大利亚显微镜和微分析中心和悉尼大学工程系的首席研究员陈逸生博士说，这些发现是找到安全的生产、储存和运输氢气的方法的重要一步。

这些发现对设计抗脆钢至关重要;碳化物提供了一种解决方案，以确保高强度钢在存在氢的情况下不易发生早期断裂和降低韧性。

———Dr Chen

来自澳大利亚显微镜和微分析中心以及悉尼大学工程学院的资深作者Julie Cairney教授说，这些发现是朝着实现清洁燃料迈出的积极的一步。

氢是一种低碳燃料，有可能取代化石燃料。但在使用钢铁这种世界上最重要的工程材料来安全储存和运输方面存在挑战。这项研究为我们提供了如何改善这种情况的关键见解。

—Prof Cairney

通过与中信金属的合作，研究人员利用澳大利亚最先进的自定义低温原子探针显微镜直接观察钢的微观结构。

原子探针图像显示氢(红色)在钢中的富碳(蓝色)位错处堆积。这一证据支持了氢脆起源的理论预测，限制了氢经济的发展。来源:悉尼大学

来源

• Yi-Sheng Chen, Hongzhou Lu, Jiangtao Liang, Alexander Rosenthal, Hongwei Liu, Glenn Sneddon, Ingrid Mccarroll, Zhengzhi Zhao, Wei Li, Aimin Guo, Julie M. Cairney (2020) “Observation of hydrogen trapping at dislocations, grain boundaries, and precipitates” Science doi: 10.1126/science.aaz0122