氢在钛晶体中扩散行为的第一性原理.pdf

第 25 卷第 11 期 中国有色金属学报 2015 年 11 月 Volume 25 Number 11 The Chinese Journal of Nonferrous Metals November 2015 文章编号：1004-0609(2015)-11-3100-07 氢在钛晶体中扩散行为的第一性原理 刘 松1, 2 ，王寅岗1 (1. 南京航空航天大学 材料科学与技术学院，南京 210016 ； 2. 中航工业金城南京机电液压工程研究中心，南京 211106) 摘 要：采用基于密度泛函理论的第一性原理计算 H 原子在 Ti 晶格中占据不同位置的体系能量。通过对体系能 量变化的分析，探求 H 原子在 Ti 晶格中的扩散路径和能量势垒，分析室温下H 原子在不同 Ti 晶体结构中的扩散 行为与难易程度。结果表明：H 原子在 α-Ti 晶格中从八面体间隙与四面体间隙共用面扩散、迁移，而在β-Ti 晶格 中则从两相邻四面体间隙共用面扩散、迁移。H 原子在β-Ti 晶格中扩散迁移所需克服的能量势垒比在α-Ti 晶格中 扩散迁移所需克服的能量势垒小、更容易进行扩散。在 α+β 钛合金中，处于β 相四面体间隙中的 H 原子在扩散过 程中将起到主导作用。 关键词：Ti 晶体；H 原子扩散；第一性原理；体系能量；间隙 中图分类号：TG111 文献标志码：A First-principles of hydrogen diffusion mechanism in titanium crystals LIU Song1, 2, WANG Yin-gang1 (1. College of Materials Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China; 2. Aviation Industry Corporation of China Jincheng Nanjing Electrical and Hydraulic Engineering Research Center, Nanjing 211106, China) Abstract: The first-principles calculation was carried out on the Ti-H supercells based on the density functional theory. The system energy was obtained in various Ti-H supercells. The hydrogen diffusion pathway and the energy barrier were investigated through analyzing the energy change of titanium crystals with the H atom at different positions. The difficulty degree of the hydrogen diffusion was analyzed at the room temperature. The results show that H atoms diffuse across the share surfaces of the octahe