钛合金钝化膜中氢扩散路径的第一性原理预测及其对氢致开裂预警的理论指导

来自国内的研究人员针对钛合金钝化膜抗氢脆性能的难题，采用分子动力学方法系统研究了氢原子与TiO2钝化膜（含VTi、VO及VTi-O三种缺陷）的相互作用能及扩散特性。发现VTi缺陷膜与H原子结合能最强（-10802.43222?kcal?mol?1），并揭示不同缺陷结构中氢扩散的各向异性行为（扩散系数5.69-16.10×10?5?cm2?s?1），为氢致开裂机制预测和表面失效预警技术开发奠定理论基础。

　　

这项研究通过分子动力学模拟揭开了氢原子在钛合金钝化膜中的神秘旅程。团队深入分析了氢与完美二氧化钛(TiO₂)膜及三种缺陷膜（钛空位V_Ti、氧空位V_O和钛氧双空位V_Ti-O）的相互作用，发现V_Ti缺陷就像强力磁铁，与氢的结合能高达-10802.43222千卡每摩尔，远超其他缺陷类型。更有趣的是，氢原子在不同缺陷膜中的扩散速度大相径庭：V_Ti缺陷中扩散系数为14.88×10^?5平方厘米每秒，而V_Ti-O缺陷中则骤降至5.69×10^?5。这些发现不仅绘制出氢原子在缺陷膜中的"旅行地图"，更揭示了钝化膜抗氢脆性能的结构密码，为预防氢致开裂事故提供了关键理论武器。