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— Ciencia, Vol. 1, Nº 1, Diciembre 2003. Página 101 — Efectos de la difusión de hidrógeno atmosférico en Efectos de la difusión de hidrógeno atmosférico en Efectos de la difusión de hidrógeno atmosférico en Efectos de la difusión de hidrógeno atmosférico en Efectos de la difusión de hidrógeno atmosférico en aleaciones FeC. aleaciones FeC. aleaciones FeC. aleaciones FeC. aleaciones FeC. Nieva de Abarza, M. Viviana; López, María Beatriz. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Catamarca. Av. Belgrano 300. San Fernando del Valle de Catamarca. Resumen: esumen: esumen: esumen: esumen: En este trabajo se utiliza el método semiempírico de superposición atómica y deslocalización electrónica orbital molecular (ASED-MO) para estudiar la interacción de hidrógeno atómico atmosférico con una alea- ción FeC. Con propósitos comparativos se ha estudiado el modelo FeC con defec- tos lineales y puntuales y FeC sin defectos o normal. Los cálculos se realizaron usando clusters de Fe 25 C 12 y se simuló la adsorción y difusión de hidrógeno atómico atmosférico sobre la super- ficie y en el cristal. Los resultados indican que, en general, la interacción de H con la aleación de FeC es más favorable en los sitios cercanos a vacancias o huecos generados por defectos Frenkel. La formación de pares H–H en nuestro modelo se relacionaría con el fenómeno de fragilización por hidrógeno. Palabras claves: Aleaciones. Defectos. Difusión. Hidrógeno. Fragilización. Abstract Abstract Abstract Abstract Abstract: The atom superposition and electron delocalization molecular orbital (ASED-MO) semiempirical method is used to analyze the atomic atmos- phere hydrogen-FeC alloy interaction. The FeC model contains lineal and puntual defects as a comparison the H–FeC (normal) system is also studied. Calculations were carried out using clusters of Fe 25 C 12 simulating the adsorption and diffusion of hydrogen atmosphere atom on/in the surface and in the bulk. The results indicate that, in general, the H–FeC alloy interaction is more favorable in the sites near the vacancy or the hollow produce by Frenkel defects. The H–H pair formation in our model could be related with the pheno- mena of hydrogen embrittlement. Keywords: Alloy. Defects. Diffusion. Hydrogen. Embrittlement.

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Efectos de la d i fus ión de h idrógeno atmosfér ico enEfectos de la d i fus ión de h idrógeno atmosfér ico enEfectos de la d i fus ión de h idrógeno atmosfér ico enEfectos de la d i fus ión de h idrógeno atmosfér ico enEfectos de la d i fus ión de h idrógeno atmosfér ico enaleaciones FeC.aleaciones FeC.aleaciones FeC.aleaciones FeC.aleaciones FeC.

Nieva de Abarza, M. Viviana; López, María Beatriz.

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Catamarca.Av. Belgrano 300. San Fernando del Valle de Catamarca.

RRRRResumen:esumen:esumen:esumen:esumen:En este trabajo se utiliza el método semiempírico de superposiciónatómica y deslocalización electrónica orbital molecular (ASED-MO) paraestudiar la interacción de hidrógeno atómico atmosférico con una alea-ción FeC.Con propósitos comparativos se ha estudiado el modelo FeC con defec-tos lineales y puntuales y FeC sin defectos o normal.Los cálculos se realizaron usando clusters de Fe25C12 y se simuló laadsorción y difusión de hidrógeno atómico atmosférico sobre la super-ficie y en el cristal.Los resultados indican que, en general, la interacción de H con laaleación de FeC es más favorable en los sitios cercanos a vacancias ohuecos generados por defectos Frenkel.La formación de pares H–H en nuestro modelo se relacionaría con elfenómeno de fragilización por hidrógeno.

Palabras claves: Aleaciones. Defectos. Difusión. Hidrógeno. Fragilización.

AbstractAbstractAbstractAbstractAbstract:::::The atom superposition and electron delocalization molecular orbital(ASED-MO) semiempirical method is used to analyze the atomic atmos-phere hydrogen-FeC alloy interaction.The FeC model contains lineal and puntual defects as a comparison theH–FeC (normal) system is also studied. Calculations were carried outusing clusters of Fe25C12 simulating the adsorption and diffusion ofhydrogen atmosphere atom on/in the surface and in the bulk.The results indicate that, in general, the H–FeC alloy interaction ismore favorable in the sites near the vacancy or the hollow produce byFrenkel defects.The H–H pair formation in our model could be related with the pheno-mena of hydrogen embrittlement.

Keywords: Alloy. Defects. Diffusion. Hydrogen. Embrittlement.

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– M. V. Nieva de Abarza; M. B. López : Efectos de la difusión de hidrógeno atmósferico –

Introducción:Introducción:Introducción:Introducción:Introducción:Durante las últimas décadas ha

sido considerable el interés en las de-terminaciones teóricas y experimen-tales por localizar átomos de hidróge-no adsorbidos o implantados en dis-tintos tipos de aceros.

Uno de los motivos de este marca-do interés es que se ha demostrado queel fenómeno de fragilización en aleacio-nes como las del tipo FeC es produci-das por hidrógeno atmosférico (1).

Los efectos que causa el hidró-geno en las propiedades mecánicas delos aceros constituye un problema degran importancia en la ciencia demateriales y en la industria debidoprincipalmente al uso extensivo de losmismos (6-11).

El deterioro del material no soloafecta a la calidad del material sino tam-bién en algunos casos, como los mate-riales usados en envasado de alimentos,pueden dañarlos por contaminación.

Los mecanismos usuales paraevitar el daño de los materiales pro-vocados por una atmósfera agresivaes el uso de recubrimientos efectivos.Esto último es un tema de estudio ylos mecanismos de adsorción de estosrecubrimientos a nivel de superficieson aún temas de estudio.

La fragilización por hidrógeno enmetales esta generalmente relaciona-da a la formación de uniones hidróge-no-metal (3).

La cantidad de hidrógeno reque-rido para causar el resquebrajamien-to depende de la naturaleza del me-

tal, del grado de deformación a priori,del tipo de esfuerzo impuesto al metaly de la temperatura (4).

La solubilidad del hidrógeno enuna matriz de FeC a temperatura am-biente es extremadamente baja y mu-chos de los hidrógenos no están ubi-cados en los intersticios normales dela red sino en otros normalmente co-nocidos como trampas. El atrapamien-to determina la distribución de hidró-geno en la microestructura. Las tram-pas o centros de atrapamiento de hi-drógeno pueden ser defectos puntua-les, tales como: monovacancias (defec-to Schotky), divacancias, insterticiales(defecto Frenkel), y defectos linealescomo las dislocaciones. La interpreta-ción del fenómeno de resquebrajamien-to requiere un completo conocimientode estos sitios en la red (2,6).

El objetivo de este trabajo esrealizar el estudio teórico de la inte-racción de átomos de hidrógeno a nivelde superficie y en el interior del blo-que metálico que constituye una alea-ción FeC, analizar el camino de difu-sión y centro óptimo de atrapamientode hidrógeno en imperfecciones pun-tuales y lineales.

El método mecano-cuánticoASED-MO (Superposición Atómica yDeslocalización Electrónica-Teoría Or-bital Molecular), es un método se-miempírico que se ajusta satisfacto-riamente a este tipo de estudio, espor ello que ha sido elegido como téc-nica de cálculo para desarrollar elpresente trabajo (17).

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MeMeMeMeMetttttodología de Todología de Todología de Todología de Todología de Trabajo:rabajo:rabajo:rabajo:rabajo:

Técnica de Cálculo:El método utilizado en los cálcu-

los de este trabajo se realizaron utili-zando la técnica ASED-MO (Atom su-perposition and electron delocalization-Molecular Orbital). Este método cons-tituye una aplicación del Hückel ex-tendido, en el cual se combinan ener-gías de orbitales unielectrónicos y per-miten el estudio de sólidos, clusters,moléculas y también la interacción demoléculas sobre superficies (12).

El método de los orbitales mole-culares de Hückel (HMO) es uno delos esquemas computacionales de laquímica cuántica más vistos y el mis-mo se basa en una serie de suposicio-nes, de las cuales muchas son arbi-trarias. Es en realidad un modelo dela mecánica cuántica que se aplica aproblemas químicos en los cuales seinvolucran moléculas con electrones π.

Esencialmente el método HMOconsiste en lo siguiente:

i. Los orbitales moleculares se asu-men como funciones propias de unHamiltoniano efectivo con un elec-trón (Hh), apropiada para la con-figuración nuclear en equilibrio dela molécula que se considera.La ecuación propia puede ser es-crita como:

Hh ϕι = ει ϕι [1]

en donde ϕι es el ι-iésimo orbitalmolecular y ει es la correspondien-te energía del orbital molecular.

ii. Los orbitales moleculares seconsideran como una combina-ción de orbitales atómicos (OA).

ϕι = Σ Cnμ χμ [2]

iii. Los coeficientes Cnμ se deducendel Teorema variacional, de modotal que generen el grupo de orbi-tales moleculares (OM) óptimos(mínima energía) y que hacen queel determinante:

⏐Hμϖ - ε Sμϖ⏐ = 0 [3]

en donde Hμϖ y Sμϖ se expresancomo el producto escalar:

Hμϖ ≡ < χμ⏐Hh⏐χϖ >y

Sμϖ ≡ < χμ⏐χϖ >

iv. La introducción de ciertas reglasempíricas simplifican la evalua-ción de varios elementos en el de-terminante secular y al mismotiempo limita al método HMO aconsiderar componentes planosno saturados (sistemas con elec-trones π).

Para cada enlace formado, laenergía puede ser evaluada como laintegral de la fuerza electrostáticasobre el núcleo, la cual es una fun-ción de la distribución de carga. Lasdensidades de superposición atómicadan energías de repulsión de dos cuer-pos elevadas, las cuales pueden serfácilmente calculadas.

La energía electrónica E(R) se ex-presa como la suma entre el término

μ

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de corrección electrostática de dosátomos α y β; Εαβ (R) y la energía deligamiento del Hückel extendido ΔEEH-

MO y se expresa:

E(R) = Eαβ (R) + ΔEEHMO (R) [4]

La energía de ligamiento de EHMOse obtiene de la siguiente relación:

ΔEEHMO (R) = EEHMO (R) – Σ bs Es [5]

el término Σ bs Es es la suma de losniveles de energía de un electrón, cadauno con un número de ocupaciónorbital bs.

E(R) = ERep (R) + ΔEEHMO (R)

Los términos no diagonales de laMatríz de la energía Hij en la ecuación[1] son multiplicados por (-0,13 Rα,β)permitiendo así que la energía de inte-racción disminuya a medida que Rα-βaumenta. De ésta forma es posiblecorregir la cola de la curva de diso-ciación diatómica resultante del mé-todo EHMO estándar. La componenteatractiva de los elementos de la ma-tríz de la energía son:

a) Hij = [ - VSIE (Q) ]i [7]

en donde VSIE (Q) es la energía deionización de los estados de valenciadel orbital i cuando el átomo a tieneuna carga total Q.

Las funciones VSIE (Q) se asu-men de la forma:

VSIE (Q) = do + d1 Q + d2 Q2 [8]

en donde d0, d1 y d2 son parámetrosque dependen del átomo y el orbital.

b) Hij = 0 [9]

c) Hij = 1,125 [Hij + Hij ]

Sij exp [-0,13 Rα,β]

Sij es la integral de Solapamientoque involucra el orbital i de centroα y el orbital j de centro β, y Rα,β esla distancia internuclear entre loscentros α y β.

De acuerdo a lo antes expuestoen esta sección los métodos semiem-píricos y en particular el ASED-MOusado en nuestros cálculos, respon-den a los requerimientos de los obje-tivos fijados, es decir, contemplan lascaracterísticas que deben definirsepara el sistema (número de átomos,geometría de la red, etc.), poco tiem-po computacional de cálculo, inclu-sión de términos repulsivos esencia-les para la ubicación del mínimo en lacurva de energía potencial (estas re-pulsiones son generadas entre losátomos metálicos que constituyen elsistema, repulsiones carozo-carozo oelectrón-electrón entre el adsorbato yla fase adsorbente). Además los pará-metros de red pueden ser modifica-dos aunque esto no fue necesario eneste trabajo.

Otro motivo de evidente impor-tancia es el elevado tiempo de cómpu-to que requiere, especialmente si seconsidera el cálculo de energías paradistintas distancias para cada uno delos sitios de adsorción posibles en cadaestructura cristalina Fe-C.

Modelado del sistModelado del sistModelado del sistModelado del sistModelado del sistema:ema:ema:ema:ema:Tal como sucede en la inves-

tigación experimental, en la investiga-ción teórica o computacional, se debeplantear en primer lugar el modelo (omodelos) que nos permitan vincular elhecho real a un proceso calculado. En

º º

º º

º

αα α

αα

αα αα ββ

αβ

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esta elección del modelo podemos dis-tinguir un modelo físico y un modelomatemático.

Elegir el modelo físico implicaelegir la forma de representar o mo-delar el sistema bajo estudio, aproxi-mándolo tanto como sea posible a lascondiciones reales.

Elegir el modelo matemático im-plica elegir las características del cál-culo más apropiadas para el estudioa realizar. En la correcta elección deestos dos modelos va a depender eléxito de la investigación.

Nuestro modelo físico consistebásicamente en clusters perfectos ycon imperfecciones cuyo modeladoimplica el copiado de parámetros re-ticulares, teniendo especial cuidado enel tamaño del mismo. Los clustersrepresentan el enlace natural entre lamolécula aislada por un lado y los

materiales masivos por el otro. Ofre-cen así un campo de investigación ala física desde el sólido (13, 15).

El tamaño del cluster metálico ausar depende fundamentalmente deltipo de propiedad que se va a estu-diar. Será distinto el tamaño elegidocuando se quiere estudiar la varia-ción de ciertas propiedades que tien-den asintóticamente a las del sólidocuando aumenta el tamaño del clus-ter que cuando se quieren analizarlas propiedades características de sis-temas de adsorción.

En la adsorción, la coordinaciónde un adsorbato puede involucrar prin-cipalmente uno, dos o más átomos me-tálicos, sin olvidar que todos los áto-mos metálicos se encuentran de algu-na manera involucrados en el enlacede adsorción. De acuerdo a su geome-tría se habla de enlaces de adsorción

Figura 1:Figura 1:Figura 1:Figura 1:Figura 1: Cluster Fe25C12 libre de defecto, con sitios de adsorción holow, top C, top Fe ybridge.

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on-top (monocoordinado), bridge (bicoor-dinado) y hollow (mayor coordinación).

Para optimizar el cálculo teóri-co se debe usar un cluster lo sufi-cientemente grande como para queen ninguno de los sitios de adsor-ción los átomos involucrados en sudefinición fueran átomos de borde.

La aplicabilidad de los clusterspara la interpretación de sistemasreales ha sido ampliamente usada entrabajos teóricos, especialmente enestudios de adsorción en el que serequiere clusters pequeños, debido alcarácter fuertemente localizado de lasinteracciones adsorbidas.

En nuestros cálculos se ha con-siderado una aleación FeC cuya rela-ción estequiométrica describe un sis-tema tipo martensita Fe2C. La estruc-tura cristalina de la martensita es deltipo b.c.c. (cúbico centrada en el cuer-po) y se ha preferido para este cálculoel plano cristalográfico (100). Los áto-mos de hierro y carbono fueron fija-

dos en la red tomando las distan-cias determinadas experimentalespor rayos X, para el átomo de hierrola distancia de los vecinos más cer-canos es de 2,48 Å y para el carbonoes de 1,54 Å. No se tomaron encuenta efectos de relajación ni mo-vimientos de los átomos en la red.

Los defectos de la red: schotky,dislocaciones y defectos tipo Frenkelfueron simulados por omisión, transfe-rencia y adición apropiada de átomos.

Para interpretar el fenómeno deadsorción de hidrógeno en los distin-tos sitios de adsorción libres de efectode borde, se tiene en cuenta los áto-mos sombreados en la figura 1. Re-querimientos computacionales nosfuerzan a trabajar con un cluster de37 átomos (Fe25C12).

En los distintos clusters modela-dos con este fin se representan dos capasmetálicas, con línea llena se representala capa superficial y con línea interrum-pida la segunda capa metálica.

Figura 2:Figura 2:Figura 2:Figura 2:Figura 2: Difusión de hidrógeno en cluster Fe21C12 con defecto schotky (monovacancia).

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Para el análisis del fenómenode difusión de hidrógeno en clustersFe-C con defectos puntuales, se tie-nen en cuenta dos defectos: defectoschotky (figura 2 y 3) y defectoFrenkel (figura 4). Para simular eldefecto schotky se modela la red quese muestra en la figura 2, con cinco

capas metálicas (cada capa metálicadispuesta según un plano x-y) y ge-nerando la monovacancia al transfe-rir un átomo de hierro de un sitio deesta red a la superficie. Del mismomodo podemos simular la divacancia(figura 3) transfiriendo dos átomosde hierro a sitios de la superficie.

Figura 3:Figura 3:Figura 3:Figura 3:Figura 3: Difusión de hidrógeno en sistema Fe20C12 con defecto schotky (divacancia).

Figura 4:Figura 4:Figura 4:Figura 4:Figura 4: Difusión de hidrógeno en sistema Fe22C12 con defecto Frenkel.

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ca por los vectores s1 y s2. El planomarcado con a en la parte inferior dela figura 5, termina en el punto b pordebajo del plano de deslizamiento,mientras que los otros planos a am-bos lados de (ab) continúan hasta laparte superior de la red. Debe desta-carse también que el defecto se expe-rimenta en todo el plano cristalino(es decir desde la parte delanterahasta la posterior).

Para simular esta dislocación deborde se desplazan los dos planosparalelos a la izquierda del plano (a-a’)en la figura 5 un ángulo θ =10° ensentido antihorario.

Debido al desplazamiento de es-tos cuatro planos cristalinos se debenexcluir tres átomos de hierro y unode carbono del cluster perfecto, ya quelas distancias interatómicas: Fe-Fe yFe-C no permiten la estabilidad delos átomos en esta red.

En el defecto Frenkel se trans-fiere de la red sin imperfección unátomo de hierro a un sitio intersticialtal como se indica en la figura 4 ori-ginando de esta manera la vacancia.

En el caso de una dislocación setiene en cuenta la red Fe-C que semuestra en la figura 5. En esta redse disponen dos capas metálicas: unasuperficial (línea llena) y una segun-da capa que se representa con líneasinterrumpidas. Se toma como planode deslizamiento de esta dislocación,el plano entre la segunda y terceracapa metálica (plano x-z, perpendicu-lar al plano del papel) el cual dividela red en dos sub-redes cristalinas,mientras que los planos cristalinosnormales al plano de deslizamientocon los planos y-z (indicados en lafigura 5 con líneas punteadas). Estadislocación a través del cristal bajoun esfuerzo de corte aplicado se indi-

Figura 5:Figura 5:Figura 5:Figura 5:Figura 5: Difusión de hidrógeno en sistema Fe29C14 con defecto lineal.

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RRRRResultados y Discusión:esultados y Discusión:esultados y Discusión:esultados y Discusión:esultados y Discusión:Nuestros primeros cálculos apun-

tan a analizar la posible adsorción deun átomo de hidrógeno atmosféricosobre la superficie de un clusterFe25C12 (figura 1).

En el primer caso se analiza elsitio de adsorción top Hierro, en elcual el átomo de hidrógeno se mueveperpendicular a la superficie (100) dela red Fe25C12 la cual posee dos ca-pas metálicas. La curva de energía po-tencial de la figura 6 muestra unaenergía de unión mínima de -25,72878eV a una distancia de 1,20 Å de lacapa superficial.

En el caso del sitio top carbonoel átomo de hidrógeno adsorbe y seestabiliza a los 1,30 Å sobre la capametálica superficial con una energíade unión de –11,57894 eV; según seobserva en la figura 7.

En tercer término se analiza laposibilidad de adsorción y difusión dehidrógeno atómico a través del sitio

hollow. La energía asociada al movi-miento de este átomo de hidrógeno alaproximarse a la superficie y posteriordifusión se muestra en la figura 8. Unanálisis de este nos muestra un máxi-mo a los 1,7 Å de la superficie, lo quenos indica que el átomo de hidrógenoestá totalmente desorbido a esa dis-tancia. A los 0,7 Å por encima de lasuperficie se observa un mínimo de –1,1101977 eV; constituyendo este elsitio de adsorción del átomo de hidró-geno. En el camino de difusión delátomo hacia el interior del bulk seobserva un máximo, prácticamente anivel de superficie, debido a que losátomos superficiales provocan una fuer-te barrera de potencial de ΔE = 0,34eV. Luego el hidrógeno en su caminode difusión se estabiliza a los 0,64 Åde la segunda capa metálica con unmínimo de energía de -1,30 eV. Poste-riormente la energía potencial aumentaconsiderablemente debido al campo depotencial generado por los átomos que

Figura 6:Figura 6:Figura 6:Figura 6:Figura 6: Curva de Energía total de la Ad-sorción de hidrógeno en un sitioTop hierro.

Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7::::: Curva de Energía total de la Ad-sorción de hidrógeno en un sitioTop carbono.

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conforman la primera y segunda capametálica, con lo que el hidrógeno estáaltamente desestabilizado.

En el último caso, el sitio bridge elhidrógeno adsorbe a 0,60 Å de la super-ficie de la primera capa metálica conuna energía mínima de -25,38406 eV.

Cuando un átomo de hidrógenose mueve desde los 2 Å de la super-ficie de una red Fe21C12 (figura 3) enel cual se ha simulado una monova-

cancia se observa según el análisisenergético (figura 10), un mínimo de–4,62 eV a los 0,40 Å de la superficie,este mínimo nos indica que este es elsitio de adsorción energéticamentemás favorable para el átomo de hidró-geno. Luego difunde hacia el interiordel bulk, desestabilizándose a los 1,20Å de la superficie y a 0,04 Å del sitiode la monovacancia. A los 2,35 Å dela superficie (y hacia el interior del

Figura 9:Figura 9:Figura 9:Figura 9:Figura 9: Curva de Energía total de la Ad-sorción de hidrógeno en un sitioBridge.

Figura 10:Figura 10:Figura 10:Figura 10:Figura 10:Curva de Energía total de la difu-sión de hidrógeno en un ClusterFe21C12 con monovacancia (de-fecto Schottky).

Figura 11a:Figura 11a:Figura 11a:Figura 11a:Figura 11a:Curva de Energía total de la Ad-sorción de hidrógeno en un Clus-ter Fe22C12 en presencia de undefecto Frenkel.

Figura 8:Figura 8:Figura 8:Figura 8:Figura 8: Curva de Energía total de la Ad-sorción y la Absorción de hidró-geno en un sitio Hollow.

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bulk) el hidrógeno atómico se estabi-liza, con un mínimo de energía poten-cial de –3,06 eV, en la tercera capadel cluster, rodeado de cuatro átomosde Fe. Posteriormente la curva deenergía potencial nos muestra unadesorción del hidrógeno, cuando elmismo esta muy próximo a la cuartacapa metálica. En el caso de la diva-cancia (figura 3) se observa una mar-cada absorción en las distancias com-prendidas entre ambas vacancias.

Los cálculos energéticos en elanálisis de la interacción del hidró-geno atómico en un cluster con de-fecto Frenkel (figura 4) se resumenen la figura 11. Se observa un míni-mo absoluto en la curva de energíapotencial de -4,09 eV a los 0,7 Å, osea el hidrógeno adsorbe de modoóptimo en este sitio, luego la curva deenergía potencial muestra un aumen-to hasta tener un valor máximo de laenergía en un sitio en el interior delcluster en donde se encuentra la

vacancia. Posteriormente cuando elhidrógeno difunde en el interior delbulk hay un mínimo energético de -2,28 eV a los 2,50 Å de la capa super-ficial y por lo tanto es el sitio en elque el hidrógeno adsorbe (próximo ala tercera capa metálica, rodeado deátomos de hierro).

La trayectoria seguida por el áto-mo de hidrógeno en un cluster condislocación de borde (figura 5) y lavariación energética del mismo se ob-servan en la figura 12.

La curva de energía potencialmuestra un mínimo de -5,67 eV a los0,70 Å de la superficie, es decir unmínimo energético que indica que estesitio de adsorción es el más favorablepara el hidrógeno, luego la curva nomuestra un mínimo absoluto cuandoel átomo de hidrógeno difunde en elcluster Fe29C14 de la figura 5. Estoindicaría que la absorción del hidró-geno en una red que presenta dis-locación, sería muy poco factible.

Figura 11b:Figura 11b:Figura 11b:Figura 11b:Figura 11b: Curva de Energía total de la di-fusión de hidrógeno en un Clus-ter Fe22C12 en presencia de undefecto Frenkel.

Figura 12:Figura 12:Figura 12:Figura 12:Figura 12: Curva de Energía total de la difu-sión de hidrógeno en un ClusterFe29C14 en presencia de una dis-locación de Borde.

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Conclusiones:Conclusiones:Conclusiones:Conclusiones:Conclusiones:Mediante los cálculos realiza-

dos con el método semiempíricoASED se puede obtener curvas deenergía total correspondiente a lainteracción de átomos de hidrógenocon distintos sitios y defectos en unaaleación del tipo Fe2C, lo que nospermitió determinar las estructurasmás favorable a la solubilidad dehidrógeno. Los resultados son inter-pretados en sentido cualitativo debi-do a las aproximaciones del tipoEHMO realizadas.

La adsorción de hidrógeno en lasuperficie en un cluster que simulauna estructura de tipo martensítica,Fe2C, es favorecida en un sitio top dehierro. La energía de unión (Eu) dis-minuye a medida que aumenta elnúmero de coordinación de los sitiossuperficiales:

Eutop > Eubridge > Euhollow

La solubilidad de hidrógeno ató-mico en el mismo sistema indica unmínimo absoluto a 0,6 Å de la super-ficie, en la curva de energía total.Comparando las energías de unión enla superficie y en la subsuperficieintersticial, nuestros resultados indi-can mayor estabilidad a nivel superfi-cial lo que es coincidente con la pobresolubilidad que presenta el hidrógenoatómico en sistemas del tipo FeC, sindefectos lineales o puntuales.

En estructuras que presentandefectos puntuales, estos resultanenergéticamente desfavorables como

centros de atrapamiento de átomosde hidrógeno. Los mínimos en lacurva de solubilidad pertenecientesa redes defectuosas, se presentancercanos a las vacancias o los hue-cos generados por los defectos detipo Frenkel. Algunos autores adju-dican que el desplazamiento delmínimo de energía hacia un lugarcercano al defecto es consecuenciade que la densidad electrónica en elcentro de la vacancia o intersticiono es la óptima.

Por otro lado la presencia dehuecos, vacancias y divacancias, ge-neran en la red, suficiente espacio paraacumular átomos de hidrógeno y for-mar moléculas. Si bien, nuestros cál-culos no incluyen en análisis de laestabilidad de moléculas de hidrógenoen defectos puntuales, suponemos queel hecho de que se presenten mínimoscercanos a los defectos se debe a laposible solubilidad de hidrógenos enredes con estas características.

En una estructura dislocada nose ha detectado un mínimo absolutopara la solubilidad de átomos de hi-drógeno, lo que nos permite suponerque este tipo de defecto constituye unverdadero centro de acumulación deátomos de hidrógeno, los que se unenpara formar moléculas.

La acumulación de átomos dehidrógeno en un centro de atrapamien-to hasta una concentración críticaprovoca en primera instancia la fra-gilización y posteriormente la ruptu-ra del material.

– M. V. Nieva de Abarza; M. B. López : Efectos de la difusión de hidrógeno atmósferico –

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— Ciencia, Vol. 1, Nº 1, Diciembre 2003. Página 113 —

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