Löslichkeit und Diffusion von Wasserstoff in dünnen Schichten amorpher ZrTiNiCuBe- und ZrAlNiCu-Legierungen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird das Wasserstofflösungsverhalten amorpher Legierungen mit mehr als zwei Legierungskomponenten theoretisch und experimentell untersucht. Bei der Modellierung wird davon ausgegangen, dass der Wasserstoff tetraederähnliche Plätze, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden, in der amorphen Matrix besetzt. Die Lösungsenergie für ein Wasserstoffatom hängt von dieser Zusammensetzung ab. Mit Hilfe statistischer Annahmen werden Platzenergieverteilungen berechnet. Neben den Beiträgen der chemischen Zusammensetzung werden auch elastische Energiebeiträge, die aus den Volumina der zu besetzenden Plätze folgen, berücksichtigt. Bei der Wasserstoffbeladung einer solchen Energieverteilung werden energetisch tiefliegende Plätze zuerst besetzt. Aufgrund elektrostatischer Wechselwirkungen werden jedoch bestimmte Plätze durch bereits besetzte Plätze blockiert. Die theoretisch berechneten Platzenergieverteilungen werden schließlich mit experimentell ermittelten Ergebnissen an vier- und fünfkomponentigen Zr basierten Legierungen verglichen. Des weiteren wird ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist, quantitative Diffusionsexperimente zur Bestimmung des intrinsischen Diffusionskoeffizienten in dünnen Schichten amorpher Legierungen durchzuführen. Dabei wird, nachdem der Wasserstoff die zu untersuchende Schicht durchdrungen hat, eine Durchbruchszeit durch eine Änderung des elektrischen Widerstandes in einer Pd-Sensorschicht bestimmt. Aus dieser Durchbruchszeit lässt sich der Diffusionskoeffizient berechnen.