近日，由來自牛津大學的D. Haley（通訊作者）等在Science上發(fā)表了一篇名為“Direct observation of individual hydrogen atoms at trapping sites in a ferritic steel”的文章。文中，研究人員在微觀尺度上研究鐵素體鋼中的碳化物與氫的相互作用時，摒除傳統(tǒng)研究方法和設備的各種限制和干擾，對鐵素體鋼采用氘（D）代替同位素氫（H）作為引入的氫源，并在低溫下傳輸以此“固化”氫防止其擴散，然后再借助新型原子探針層析技術（APT） ，進而實現(xiàn)從原子尺度上對鐵素體鋼中碳化物和單個氫原子在三維分布上的高分辨直接觀察。結(jié)果顯示，引入的氫原子主要俘獲于碳化物核心附近，即表明鐵素體中的碳化物可以成為氫的有效陷阱，從而提高抗氫脆敏感性能。

圖1. 實驗所用鐵素體鋼

（a）實驗用鐵素體鋼（Fe-0.096C-1.6Mn-0.026Si-0.51Mo-0.25V-0.05Al-0.056Nb （wt%） ）的TEM明場像圖。從中可看出，碳化物在鐵素體中較精細均勻分布。

（b）所含碳化物（VC表示）中V元素在鐵素體鋼中三維（3D）分布APT圖。其中藍色原點表示鈁（V）元素，代表碳化物。

（c）距離碳化物/基體界面不同位置處各元素含量分布曲線。包括Fe, V, Mo, C四元素，為了便于觀察，極少量的Nb未顯示。

圖2. 引入氫源“氘”（D）后鐵素體鋼APT圖

（a）引入氫源“氘”（D/（或表示為）2H）后鐵素體鋼中碳化物和氫源“氘”（D/2H）在三維（3D），xy，yz方向上的的分布APT圖。紅色原點表示氫源“氘”（D），即質(zhì)譜圖中的紅色峰（D/2H），藍色原點表示V元素，即碳化物。從中可以看出，引入的氫源“氘”（D/2H）在三維方向上都主要分布在碳化物附近。

（b）H/D質(zhì)譜圖。

圖3. 充氘碳化物的聯(lián)合分析

為解決碳化物陷阱中的氘（D）是處在與碳化物的界面處附近還是進入了碳化物顆粒內(nèi)部的爭端，特意進一步研究了氘（D）與碳化物顆粒間的相對位置。為此將所有含超過100個總原子數(shù)的碳化物顆粒進行疊加和歸一化分析，得到碳化物中氘（D）所占原子比為0.5%時得到的碳化物顆粒輪廓。依據(jù)如果氘（D）被限制在碳化物表面的界面區(qū)域，則會會呈現(xiàn)U形輪廓這一結(jié)論，但實驗歸一化結(jié)果并未顯示如此。這一結(jié)果與先前Ohnuma et al相反，但與Malard et al.研究結(jié)果卻相似，Malard et al認為10%原子比的氫進入了顆粒內(nèi)部。而本實驗結(jié)果顯示最多只有0.6%，此處認為可能與實驗過程中氫的逸散有關。