journal article·2015-10Open access

First-principles investigation of hydrogen trapping and diffusion at grain boundaries in nickel

Davide Di Stefano, Matous Mrovec, Christian Elsässer

Acta Materialia· Volume 98

Abstract

Abstract In this work, the interaction of hydrogen with high-angle GBs in nickel has been investigated by means of density functional theory simulations. Two distinct types of GBs have been considered: the Σ 3 ( 1 1 1 ) [ 1 ¯ 1 0 ] with a close-packed interface structure and the Σ 5 ( 2 1 0 ) [ 0 0 1 ] with a less dense interface structure consisting of open structural units. Our calculations reveal that these two GBs have a markedly different interaction behavior with atomic hydrogen. The close-packed Σ 3 GB neither traps H nor enhances its diffusion, but instead acts as a two-dimensional diffusion barrier. In contrast, the Σ 5 GB provides numerous trapping sites for H within the open structural units as well as easy migration pathways for H diffusion along the GB plane that can enhance the H diffusivity by about two orders of magnitude compared to bulk Ni. The obtained results are analysed in detail and compared with available experimental and other theoretical data.
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Research context

OpenAlex topics: Hydrogen embrittlement and corrosion behaviors in metals · Fusion materials and technologies · Metal and Thin Film Mechanics

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