Hydrogenation of MgAl films in plasma

Abstract

MgAl plėvelių sodrinimo vandenilio atomais ir molekulėmis kinetikos tyrimas buvo atliktas dviem būdais: a) implantuojant vandenilio jonus su energija 100 eV į augančią plėvelę, ir b) apspinduliavus Mg17Al12 plėvele intensyviais mažų energijų vandenilio jonų srautais panaudojant H2+Ar plazmą. Faziniai ir struktūriniai virsmai plėvelėse buvo tiriami γ spindulių difraktometru, o paviršiaus morfologija - skenuojančiu elektroniniu mikroskopu. Rasta, kad MgAl plėvelėse, nusodintose su vienalaike vandenilio jonų implantacija, dominuoja Mg(AlH4)2 cheminis junginys, kuris susiskaido į MgH2 ir Al prie didesnių nei 80° C temperatūrų. Plėvelėse, kurios buvo sodrinamos vandeniliu panaudojant joninę spinduliuote iš H2+Ar plazmos, rasti Mg(AlH4)2, MgH2, Mg2Al3 ir Al dariniai. Daroma išvada, kad joninės spinduliuotės metu Ar jonai riboja vandenilio įtekėjimą į medžiagos tūrį, o tuo pačiu ir sintezės reakciją. Stebėti eksperimentiniai rezultatai aiškinami, padarius prielaidas apie atomų judėjimą dideliais atstumais sodrinimo metu ir tarpkristalinės masės pernašos nanokristalinėse plėvelėse svarbią įtaką hidridų susidarymo mechanizmui

Hydriding of MgAI films has been performed in two ways: (i) ion implantation of 100 eV hydrogen ions into the growing film, and (ii) hydrogenation of Mg17Al12 films under high-flux, low-energy hydrogen ion irradiation in H2+Ar plasma. The X-ray diffraction studies of phase transitions and structure modifications were carried out. The samples, which were hydro-genated by ion implantation during the deposition of MgAl film, show magnesium alanate, Mg(AlH4)2, phase. It decomposes at temperatures above 80 °C. The samples hydrogenated in H2+Ar plasma show Mg(AlH4)2, Mg2Al3, MgH2, and Al phases. It is concluded that sputtering induced by Ar ion bombardment during hydrogenation in H2+Ar plasma limits the supply rate of hydrogen from the surface into the bulk. Experimentally registered synthesis of new phases and restructuring are explained on the basis of long-range transport of metal species, and the role of grain boundaries is emphasized in the mechanism of hydriding