Abstract
由液態急速冷卻而制成的非晶形合金(amorphous),又稱金屬玻璃(metallic glass),其用途及特性在近廿年來逐漸受到材料科學家的重視。就實用觀點而言, 金屬玻璃在適當的組成下具有良好的抗腐蝕性, 高強度與剛性, 及優異的軟磁性質等, 因此被認為具有極高的應用潛力。金屬玻璃由於不是結晶狀態, 不具長程規律性, 因此很多特徵和結晶材料大異其趣, 例如多晶金屬中的晶界對它而言就不存在, 而影響結晶材料諸多性質的差排, 對金屬玻璃而言也不再是相同的定義。這些特徵與其機械、物理或化學性質之間的關系, 在學術和應用上都引起材料科學家的極大興趣, 其中氫脆化的研究近年來亦有不少報導。結晶材料氫脆化的研究早已相當多, 當金屬暴露在含有氫的環境下, 或內部含有氫時, 即可由外力的作用加上氫的作用而使金屬在相當低的應力下發生斷裂。金屬玻璃的氫脆化現象目前已經在許多組成及不同的試驗條件下被觀察到, 特別是當金屬玻璃在陰極極化的情錶下, 如果有足夠的反應時間, 且有相當的氫進入其內部時, 則該合金會在很低的壓力下就斷裂。雖然已有少數的文獻提及氫在金屬玻璃中含量的多寡或擴散速率的快慢對其氫脆化程度的影響, 但都較偏於現象的觀察及定性的描述, 迄今所見文獻尚無以動力論的觀點定量地去探討金屬玻璃的氫脆化特性。我們利用三種方法量測鐵鎳基非晶形合金Fe4oNiosMO4B18的氫擴散係數及溶解度: 電化學氫滲透、容積法吸氫氣真空釋氫。結果顯示氫在此材料的擴散係數及溶解度和文獻報告的fcc 結晶材料很接近。在室溫下, 擴散係數約為10-14m2/sec,而溶解度約為3.5×10-5H/Natm1/2, 其中H/M 為原子比。同時擴散係數會隨著氫濃度的增加而增加, 而活化能則降低。這些現象都可用非晶形材料的結構特徵解釋。此外亦在三種測試條件下觀察氫致脆裂的現象, 包括1 大氣壓氫氣及陰極充氫下的拉伸試驗及無外加壓力下的靜態充氫。利用上述擴散係數、氫濃度及溶解度等數據, 我們可以從動力論的觀點計算出各種情況下試片內部聚集的氫濃度。造成氫致脆裂的原因可能係氫在材料內部累積了相當大的氣壓/ 同時氫亦造成了金屬玻璃本身強度的降低。