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Studies of atomic diffusion in binary alloys by X-ray Photon Correlation Spectroscopy with particular attention to B2 phases
Markus Stana
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Physik)
Betreuer*in
Bogdan Sepiol
DOI
10.25365/thesis.39664
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30139.28597.716466-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Viele Eigenschaften kondensierter Materie sind durch die Bewegung einzelner Atome bestimmt.
Gelingt es, die Mechanismen, die solchen Prozessen zugrunde liegen, nachzuvollziehen, so erlangt
man ein tieferes Verständnis von Materie. Ein solches erlaubt es, Herstellungsprozesse und
Eigenschaften von Werkstoffen zielgerichtet zu verbessern. Intermetallische Legierungen haben
viele attraktive Merkmale für industrielle Anwendungen wie beispielsweise hohe Reißlänge,
gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit und geringe Rohstoffkosten. Ihre Anwendung
ist jedoch aufgrund von Eigenschaften wie hoher Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen stark
eingeschränkt.
Methoden zur Untersuchung von Diffusion auf atomarer Ebene waren bisher auf hohe Tempe-
raturbereiche nahe dem Schmelzpunkt von intermetallischen Legierungen beschränkt. Eine neue
Methode namens atomare Röntgen-Photonen-Korrelationsspektroskopie eröffnet die Möglichkeit,
Materialien bei technologisch relevanten Arbeitstemperaturen zu untersuchen. In dieser Arbeit
wird die Anwendung dieser neuen Methode auf binäre intermetallische Legierungen dargelegt.
Im ersten Teil werden theoretische Konzept wie Korrelation, Ratengleichung, Streuung und
der reziproke Raum, die der atomaren Röntgen-Photonen-Korrelationsspektroskopie zugrunde
liegen, eingehend diskutiert. Da Computersimulationen eine wichtige Rolle in der Datenauswer-
tung spielen, beschäftigt sich ein Kapitel mit diesem Thema. Anschließend werden die experi-
mentellen Voraussetzungen behandelt. In den letzten Kapiteln werden experimentelle Ergebnisse
präsentiert. Es wird gezeigt, dass ein neuer Diffusionsmechanismus benötigt wird, um atomare
Sprünge bei relativ niedriger Temperatur in einer B2 Eisen-Aluminium-Legierung mit einem
Eisenüberschuss von ein paar Prozent zu erklären, während das Diffusionsverhalten in einer B2
Silber-Magnesium-Legierung mit Silberüberschuss durch bekannte Sprungmechanismen erklärt
werden kann.
Abstract
(Englisch)
The way single atoms change places in a condensed system determines many of its properties.
Insight into the mechanisms controlling such processes, therefore, yields a better understanding
of matter which in turn allows for improving fabrication and tailoring of material properties.
Intermetallic alloys have many attractive features for industrial applications, such as high specific
strength, good corrosion and oxidation resistance and low raw material cost. Their application
is, however, still strongly limited by properties such as high brittleness at low temperatures.
Methods capable of studying diffusion on an atomistic level have been restricted to high
temperatures close to the melting point of intermetallics until now. The new method of atomic-
scale X-ray Photon Correlation Spectroscopy provides a means of studying these materials at
technically relevant working temperatures. This thesis demonstrates the application of this new
technique to binary intermetallic alloys.
In the first part the theoretical concepts underlying atomic-scale X-ray Photon Correlation
Spectroscopy such as correlation, rate equations, scattering and reciprocal space will be tho-
roughly discussed. As computer simulation techniques play an important role in data evaluation,
a chapter is dedicated to this topic. The experimental preconditions are then treated. The last
chapters are devoted to the presentation of experimental results. It is shown that a new diffusion
mechanism is required to explain atomic hops at relatively low temperature in a B2 Fe-Al alloy
with a few percent of excess Fe, while in a B2 Ag-Mg alloy with excess Ag commonly known
mechanisms can explain the observed diffusion behavior.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
aXPCS XPCS diffusion binary alloys Fe-Al B2
Schlagwörter
(Deutsch)
Röntgen Photonen Korrelationsspektroskopie Diffusion binäre Legierungen Fe-Al B2
Autor*innen
Markus Stana
Haupttitel (Englisch)
Studies of atomic diffusion in binary alloys by X-ray Photon Correlation Spectroscopy with particular attention to B2 phases
Paralleltitel (Deutsch)
Untersuchung atomarer Diffusion in binären metallischen Legierungen mittels Röntgen Photonen Korrelationsspektroskopie mit speziellem Augenmerk auf B2 Phasen
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
xii, 129, III Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Oleg Shpyrko ,
Rafal Abdank-Kozubski
AC Nummer
AC13033057
Utheses ID
35131
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |