Effect of hydrogen on grain boundary migration in tungsten

Abstract

Motivated by a grain boundary (GB) healing mechanism that GB turns into a mobile sink through migration to eliminate the vacancies in a bulk, we have further investigated the influence of the retained hydrogen (H) on the GB migration in tungsten using a molecular dynamics simulation. We show that H hinders the GB migration at different H concentrations and temperatures, and such friction of GB migration due to the presence of H increases with the H concentration and decreases with temperature. We demonstrate that H follows the GB-migration as the temperature is higher than 300 K. Most importantly, the presence of H induces a disordering of GB, which affects the GB migration significantly. tungsten grain boundary, hydrogen, migration, molecular dynamics, disordering PACS number(s): 28.52.Fa, 61.72.Mm, 61.82.Bg, 31.15.Qg Citation: Yu Y, Shu X L, Liu Y N, et al. Effect of hydrogen on grain boundary migration in tungsten.

Effect of Chrome and Vanadium on the Behavior of Hydrogen and Helium in Tungsten

“…Some molecular dynamics simulations have investigated the formation mechanism of hydrogen and helium bubbles in W and the diffusion pattern of hydrogen and helium atoms in W [25][26][27][28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39]. Many first-principles studies have examined the formation energy of point defects formed by hydrogen and helium atoms in W, the diffusion of hydrogen and helium atoms in W, and how these point defects impact W and W-based alloy performance [10,[40][41][42][43][44][45][46][47][48][49][50][51]. Specifically, Kong et al [47] studied how transition metals interact with hydrogen in W, and Ma et al [48] explored how cerium affects helium behavior in W. While experimental research requires substantial time and money, appropriate potential functions are needed for molecular dynamics simulations of crystal systems.…”

Especies ligeras en materiales de interés para aplicaciones energéticas

“…Siguiendo este planteamiento, una de las posibles estrategias para mitigar el daño sufrido por el W en su labor como PFM consiste en el empleo de estructuras de W con una elevada densidad de fronteras de grano (GBs) que pueden actuar como sumideros o caminos preferentes para especies ligeras [29,[44][45][46][47]. Aunque se ha observado experimentalmente que existe una relación directa entre la retención de especies ligeras y la densidad de GBs, la explicación a dicho comportamiento dista mucho de conocerse, siendo foco de controversia debido al gran número de variables que influyen en el proceso, como el tipo y la naturaleza de la GB, la orientación de la misma, el ángulo de formación, o la temperatura a la cual tiene lugar el proceso [29,39,46,[48][49][50][51][52][53][54]. A pesar del atractivo de este planteamiento en lo que respecta a la eliminación de defectos propios e isótopos de hidrógeno [29], se ha observado que las GBs no favorecen la liberación de He [55,56], por lo que la retención de esta especie sigue siendo una cuestión pendiente de resolver y obliga a recurrir a soluciones alternativas.…”