Quantitative tests revealing hydrogen-enhanced dislocation motion in α-iron

氢脆 位错 材料科学 透射电子显微镜 脆化 压力(语言学) 化学物理 纳米技术 复合材料 化学 腐蚀 语言学 哲学 有机化学
作者
Longchao Huang,Dengke Chen,Degang Xie,Suzhi Li,Yin Zhang,Ting Zhu,Dierk Raabe,E. Ma,Ju Li,Zhiwei Shan
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:22 (6): 710-716 被引量:35
标识
DOI:10.1038/s41563-023-01537-w
摘要

Hydrogen embrittlement jeopardizes the use of high-strength steels in critical load-bearing applications. However, uncertainty regarding how hydrogen affects dislocation motion, owing to the lack of quantitative experimental evidence, hinders our understanding of hydrogen embrittlement. Here, by studying the well-controlled, cyclic, bow-out motions of individual screw dislocations in α-iron, we find that the critical stress for initiating dislocation motion in a 2 Pa electron-beam-excited H2 atmosphere is 27–43% lower than that in a vacuum environment, proving that hydrogen enhances screw dislocation motion. Moreover, we find that aside from vacuum degassing, cyclic loading and unloading facilitates the de-trapping of hydrogen, allowing the dislocation to regain its hydrogen-free behaviour. These findings at the individual dislocation level can inform hydrogen embrittlement modelling and guide the design of hydrogen-resistant steels. Screw dislocations in α-iron move more easily in the presence of hydrogen, as evidenced by real-time imaging using quantitative transmission electron microscopy.
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