On the concentration dependence of the hydrogen reorientation relaxation in amorphous alloys

Abstract

The anelastic reorientation relaxation of hydrogen in amorphous alloys, only partially understood as yet, is studied with respect to its concentration dependence, using recent internal friction results on Co33Zr67 with H concentrations between about 0.001 and 1 H/metal atom as an example. Three characteristic ranges are distinguished with increasing H concentration: I. an overall growth of the relaxation peak, II. a growth with suppression of high-activation-energy processes, and III. the range of maximum relaxation strength. This behaviour can be understood by an increasing mutual hindering of reorientation jumps between next-nearest neighbours (NNN) due to the local HH repulsion, which counteracts the augmentation of relaxation processes by adding more H atoms. Quantitatively, the relaxation strength can be described by adding a NNN occupation probability to the respective equation from the Berry-Pritchet model. Most of the as yet unexplained discrepancies between different amorphous alloys can be considered formally as a shift of the ranges I to III along the H concentration scale. As the physical origin of the different behaviour, different types of inhomogeneities (e.g. a chemical decomposition) as well as intrinsic alloying effects are possible. Die bisher nur teilweise verstandene anelastische Reorientierungsrelaxation des Wasserstoffs in amorphen Legierungen wird hinsichtlich ihrer Konzentrationsabhängigkeit untersucht. Am Beispiel neuerer Ergebnisse zur inneren Reibung von Co33Zr67 (mit H-Gehalten zwischen 0,001 und 1 H/Metallatom) werden mit zunehmender H-Konzentration drei charakteristische Bereiche unterschieden: I. ein Wachstum, des gesamten Relaxationspeaks, II. ein Wachstum, bei dem Prozesse hoher Aktivierungsenergie unterdrückt werden und III. der Bereich maximaler Relaxationssprärke. Dieses Verhalten ist durch die gegenseitige Behinderung der Reorientierungssprünge übernächster Nachbarn (ÜNN) aufgrund der lokalen HH-Abstoßung, die der Vermehrung der Relaxationsprozesse durch Hinzufügen weiterer H-Atome entgegenwirkt, zu verstehen. Quantittiv kann die Relaxationsstärke durch Hinzufügen einer ÜNN-Besetzungswahrscheinlichkeit zu der entsprechenden Gleichung des Berry-Pritchet-Modells beschrieben werden. Die meisten der bislang unerklärten Diskrepanzen zwischen verschiedenen amorphen Legierungen können formal als Verschiebung der Bereiche I bis III entlang der H-Konzentrationsskala aufgefaßt werden. Als physikalische Ursache des unterschiedlichen Verhaltens kommen verschiedene Arten von Inhomogenitäten (z. B. chemische Entmischung) sowie intrinsische Legierungs-effekte in Frage.