Influence of porosity on erosion behavior and hydrogen permeability of tungsten films

Abstract

The erosion characteristics of dense and porous W-films deposited on Pd substrates were measured under impact of mirror Penning discharge nitrogen plasma. It is shown that the erosion rate of high porous tungsten films (up to 45% porosity) is similar to that for dense (1 – 3% porosity) tungsten films. At the same time hydrogen permeation through porous tungsten films essentially higher than for dense W coatings and in some cases it approaches to values as for bare Pd. The activation energies of hydrogen permeability measured for two-layer Pd-W systems with high porosity are higher than for dense W-films on Pd (15.44 kJ/mol and 12.8 kJ/mol, accordingly), but these values much lower than the ones for bulk W under gas-driven permeation experiments. The possible reasons of such erosion and permeation behavior are discussed.

Зміряні ерозійні характеристики щільних і пористих плівок вольфраму на паладії при дії азотної плазми відбивних розрядів Пеннінга. Показано, що швидкість ерозії високопористих плівок вольфраму (пористість близько 45%) практично не відрізняється від такої для щільних плівок W (пористість 1 – 3%). У теж час проникнення водню крізь високопористі плівки вольфраму багато вище, ніж крізь щільні покриття W і в деяких випадках величини проникності можуть бути близькі до такої для Pd без покриття. Енергії активації водневої проникності зміряні для двошарових систем Pd-W з високою пористістю W вище, ніж для щільних W-плівок на Pd (15,44 кДж/моль і 12,8 кДж/моль, відповідно), але в обох випадках ці величини багато нижче, ніж для масивного W в умовах пронuкновения з молекулярної фази. Обговорюються можливі причини такої поведінки ерозії і водневої проникності.

Измерены эрозионные характеристики плотных и пористых пленок вольфрама на палладии при воздействии азотной плазмы отражательных разрядов Пеннинга. Показано, что скорость эрозии высокопористых пленок вольфрама (пористость около 45%) практически не отличается от таковой для плотных W пленок (пористость 1 – 3%). В тоже время проникновение водорода через высокопористые пленки вольфрама много выше, чем через плотные W покрытия и в некоторых случаях величины проницаемости могут быть близки к таковой для Pd без покрытия. Энергии активации водородопроницаемости измереннные для двухслойных Pd-W систем с высокой пористостью W выше, чем для плотных W-пленок на Pd (15,44 кДж/моль и 12,8 кДж/моль, соответственно), но в обоих случаях эти величины много ниже, чем для массивного W в условиях проникновения из молекулярной фазы. Обсуждаются возможные причины такого поведения эрозии и водородопроницаемости.