Диффузия водорода в аморфных сплавах

Водород, атом которого самый небольшой среди атомов, обладает высокой диффузионной подвижностью. Первое измерение диффузии водорода в аморфном сплаве было выполнено косвенным методом. Берри и Причет во время исследования внутреннего трения в аморфном сплаве Nb75Ge25 случайно обнаружили пики внутреннего

трения абсорбированного водорода, и в дальнейшем аналогичным образом проинтерпретировали пики в шести других аморфных сплавах, интенсивно насыщенных водородом. Пик внутреннего трения представлял собой по существу пик Горского: в наводороженной ленте возбуждали изгибные колебания, затухание которых было порождено диффузией водорода в объеме ленты. По изменению затухания с ростом температуры может быть определен коэффициент диффузии водорода. Детальное изучение затухания Горского в наводороженном аморфном сплаве PdgoSi2O привело к аррениусовской зависимости (рис. 24.9) с очень низкой энергией активации, равной 0,25 эВ. Измерения диффузии водорода в других аморфных сплавах привели к энергиям активации, колеблющимся от 0,33 до 0,60 эВ, но ни в одном из случаев концентрация водорода не была точно известна.

Независимо Кирхейм и другие использовали электролитический метод, чтобы измерить непосредственно подвижность и коэффициент диффузии водорода в аморфном сплаве Pd77,5Cu6Si16,5. Партия водорода выделялась электролитически на одной из поверхностей широкой ленты аморфного сплава, и достижение другой поверхности регистрировалось электрохимически. Некоторые результаты Кирхейма с соавторами приведены на рис. 24.9. Коэффициент диффузии является функцией концентрации водорода и при его содержании, равном 2% (ат.), хорошо согласуется с данными Берри и Причета для близкого по составу аморфного сплава Pd80Si20. Эксперименты Кирхейма с соавторами дали возможность впервые наблюдать зависимость коэффициента диффузии в аморфных сплавах от концентрации примеси, причем в случае водорода диффузия в разбавленном растворе протекает медленнее.

Еще одним косвенным методом измерения диффузии водорода в аморфных сплавах является регистрация связанного с движением водорода сужения линий ядерного магнитного резонанса. Баумен с соавторами использовали этот метод для изучения диффузии водорода в аморфном сплаве Рd33,3Zr66,7, наводороженном до содержания 0,5% (ат.) водорода. Энергия активации диффузии водорода составила 0,25 эВ в интервале 270—365 К; затем она возрастала с повышением температуры и достигла приблизительно 0,7 эВ при 439—490 К. Ранее полученные результаты имели близкие значения в наводороженном аморфном сплаве Cu—Ti. Диффузия водорода в наводороженных аморфных сплавах Cu—Ti и Pd—Zr проходит на один — два порядка величины быстрее, чем в соответствующих кристаллических гидридах. Все измеренные в аморфных сплавах коэффициенты диффузии гораздо больше, чем для других диффундирующих элементов, а энергия активации намного меньше.