Theoretical study of hydrogen embrittlement in Ni-based alloys

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Ni und Ni Legierungen sind anfällig für Wasserstoffversprödung. In dieser Doktorarbeitwurden deshalb Simulationen mithilfe der Dichtefunktionaltheorie (DFT) durchgeführt um zuuntersuchen wie Wasserstoff in Ni wechselwirkt und um die Entwicklung von Ni-basiertenLegierungen mit erhöhter Resistenz gegen Wasserstoffversprödung voranzutreiben.Die Kohäsion von Korngrenzen und Kristallgitter spielt eine entscheidende Rolle bei denMechanismen verantwortlich für Wasserstoffversprödung. Deswegen wurde der Effekt auf dieKorngrenzen- und Kristallgitterkohäsion einer umfassenden Auswahl von Legierungselementenmittels high-throughput DFT-Simulationen untersucht und darauf die Elemente identifiziert,die die Kohäsion erhöhen. Weiters wurden die kombinierten Effekte von H Kosegregation mitLegierungselementen wie Mo, C, und S studiert. Spezielles Augenmerk wurde auf den Fall vonH-S Kosegregation und die daraus folgende Versprödung von Korngrenzen gelegt, wobei dieKorngrenzengehälter und die Änderungen in der Kohäsion nach einer Temperaturbehandlungmit experimentellen Beobachtungen verglichen wurden.Es gibt mehrere aktuelle Literaturquellen die durch Simulationen bei 0 K beobachtet habendas Wasserstoff sich an Defekten in Ni anreichert und dabei stabile Cluster bildet. Im zweitenTeil dieser Arbeit wurde eine Kombination von DFT-Simulationen und Simulationen mit derEmbedded-Atom-Methode verwendet um verschiedene Konfigurationen von H-Cluster anNi Defekten bei 0 K und auch bei endlichen Temperaturen zu untersuchen. Die Ergebnissezeigen das die Stabilität der Cluster nur unter 300 K gegeben ist und daher ein Beitrag zurWasserstoffversprödung von H-Cluster bei Umgebungstemperatur unwahrscheinlich ist.Im letzten Teil wurde die thermodynamische und mechanische Stabilität von Ni3X-artigenVerbindungen untersucht durch Berechnung der Formierungsenthalpien und der elastischenEigenschaften von L12, D022und D024Phasen. Zusätzlich wurden die Besetzung und dieLöslichkeit von einigen wesentlichen Elementen in der L12-Struktur von den intermetallischenVerbindungen Ni3Al, Ni3Ti, und Ni3Nb berechnet, welche zur weiteren Untersuchung von Wasserstoffversprödung bei Ni-Ausscheidungen sowie Grenzflächen zwischen Ni und denAusscheidungen verwendet werden können.Insgesamt wurde in dieser Arbeit mittels Simulationen gezeigt wie Wasserstoff auf atomarerEbene zu Versprödung in Ni und Ni Legierungen führt. Die Ergebnisse dieser Arbeit gebenden Weg vor für die Entwicklung von Ni Legierungen die resistent sind gegen Wasserstoffver-sprödung.

Details

Titel in ÜbersetzungTheoretische Untersuchung der Wasserstoffversprödung in Ni-basierten Legierungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2020