搪瓷钢板组织性能研究+氢渗透实验+文献综述(3)
金属表面富集氢后，由于存在氢的浓度梯度，在温度及应力场的驱动下向金属内部扩散。其扩散方式有两种：
一种是氢原子沿金属点阵的间隙位置，遵循Fick定律向内部扩散，其扩散级数 （1.1）
但是不同研究者测得的扩散级数在高温下相差几个数量级，其原因主要是氢陷阱作用。氢的第二种扩散方式是通过应力诱导扩散，即氢原子在应力梯度下进行所谓上坡扩散，将向高应力区聚集。除了氢气的扩散外，还可以通过位错运动来输送氢。氢被位错捕获后，在发生塑性变形时，位错会载着氢原子一起运动。
一般认为, 影响氢渗透和氢扩散的因素有试样厚度、氢陷阱、成分和组织结构 、应力状态、表面状态、以及晶粒大小、充氢电流密度等。在其他条件相同的情况下，本文研究氢陷阱中不可逆陷阱对氢扩散的影响。
1.2.2 氢扩散对金属的影响
氢扩散对金属的影响分为两大方面，即在搪瓷钢中引起鳞爆缺陷以及氢脆。
瓷釉以大小不同的鳞片状脱落下来称为“鱼鳞”。瓷釉层中残留的凹穴—尖角的指甲形深窝像鱼鳞一样。“鱼鳞”是瓷层最危险和最普遍的缺陷之一。关于搪瓷钢的鳞爆现象，长期以来，世界各国进行了大量的研究归纳这些研究结果认为，出现鳞爆的原因，是由于从搪烧制作过程的酸洗液、黏土中的水分、瓷釉中的水、搪烧炉中空气的水分中产生的氢，在搪烧温度下极易以原子形式溶解到钢板中去。一般认为，扩散到钢板中的氢可能有原子或分子二种形式，它们被吸附在钢组织的晶界、晶格畸变区、铁素体与渗碳体之间的相界以及非金属夹杂物等处，在搪瓷烘烤后的冷却阶段及涂搪后的储放期间，随着温度和时间的变化，氢又会以原子形式从钢板表面逸出，然后又重新结合成分子氢，在釉层和钢板表面之间的空隙里聚集，如果这些氢气形成的界面压力达到破坏瓷层的临界值，搪瓷表面就会产生破裂，导致鳞爆。总的说来，造成这一缺陷最主要的原因是钢板中氢的吸收、扩散和逸出。
1.3 氢陷阱理论
1.3.1 氢陷阱定义及种类
氢陷阱理论就是描述金属中氢扩散和富集的规律。所谓陷阱是指钢中能储存氢的结构。氢被陷阱的捕集能，即氢占据缺陷位置使能量降低位，用Eb表示。从Fick定律出发，利用偏微分方程的定解问题W而提出了——氢陷阱捕集模型。其基本点是认为陷阱捕集氢过程可以表达为氢进人陷阱和从陷阱中逸出这两个过程之间的竞争，并在一定条件，这两个过程可以达到平衡。所以，陷阱被氢占据分数对时间的求导可由下式来表示：
（1.2）
即陷阱中的氢原子数的增加率等于陷阱对氢的捕获率与陷阱中氢的释放率之差。式中n：陷阱被氢占据分数；k：氢进入陷阱的速率，k= 0exp(-Ea/RT)；p：氢逸出陷阱的速率，p= texp[-(Ea +Eb)/RT]；Cl：晶格中氢浓度，Cl=C0exp(-E0/RT)； 0， t为前置因子；Ea为鞍点能； Eb为捕集能；E0为溶解热。
当系统处平衡状态时， ，由此就可以得到描述氢陷阱行为的参数。
可以看出，材料中陷阱的存在使氢在材料中的扩散系数发生了变化，并且，变化的大小与单位体积中的陷阱总数Nt、陷阱对氢的捕获率k以及陷阱中氢的释放率p有关。其表达式为：
（1.3）
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