Structure and energetics of clean and hydrogenated Ni surfaces and symmetrical tilt grain boundaries using the embedded-atom method

ニッケルの表面及び傾角対称粒界への水素吸着・吸収エネルギーのEAM計算

志賀 基之   ; 山口 正剛   ; 蕪木 英雄

Shiga, Motoyuki; Yamaguchi, Masatake; Kaburaki, Hideo

ニッケル表面上,結晶中,傾角対称粒界中へ水素原子が吸収,吸収される位置やその安定化エネルギーをEAMによる原子間ポテンシャルモデルを用いて系統的に計算した。水素の束縛エネルギーは各々の安定サイトによって異なるが、ニッケル表面で2.7-2.9eV程度、傾角対称粒界中で2.1-2.6eV程度であり、結晶中での水素原子束縛エネルギー2.1eVよりも大きい。これらは、第一原理計算から予測された結果と同程度であり、ニッケル粒界に偏析した水素は、粒界の種類によらず脆化を引き起こす可能性が高いことを示している。また、この計算からニッケル表面や粒界の構造緩和が水素トラップの大きさに重要な役割を果たしていることがわかった。

Multilayer relaxations, surface/interface energies, hydrogen binding sites and energies were systematically studied using the embedded atom method (EAM), for a series of the clean and hydrogenated Ni surfaces and symmetrical tilt Ni grain boundaries. The hydrogen binding energies were in the range of 2.7-2.9 eV at the surface sites while 2.1-2.6 eV at the grain boundary sites, both being larger than at the fcc crystal interior site, 2.1 eV. These data are consistent with the conclusions from ab initio calculations that intergranular embrittlement is seen by hydrogen segregation at the Ni grain boundaries. It was found that multilayer relaxation of Ni plays a key role in trapping hydrogen at the grain boundaries.