Host element chemical diffusion studies in high-purity Fe-Cr-Al model alloys

Étude de la diffusion chimique des éléments principaux dans les alliages modèles Fe-Cr-Al de grande pureté

¹ Abt. Thermochemie und Mikrokinetik, FB Physik, Metallurgie und Werkstoffwissenschaften, TU Clausthal, Robert-Koch-Str. 42, D-38678 Clausthal-Zellerfeld, Germany
² Ecole Nationale Supérieure des Mines, SMS/URA CNRS PECM, F-42023 St-Etienne cedex 2, France

Abstract

In the temperature range 800°C ≤ T ≤ 1100°C, interdiffusion experiments using diffusion couples were carried out in vacuum on model alloys Fe_x-Cr_y-Al_z with 0.57 ≤ x ≤ 0.80, 0.06 ≤ y ≤ 0.32, 0.01 ≤ z ≤ 0.24. Disk shape diffusion couples with different concentrations of host elements were pressed together in a cylindrical container. After annealing, the joined couples were sectioned parallel to the diffusion direction, polished and cleaned for the electron probe microanalyses (EPMA). From the resulting concentration profiles the two main and two cross-interdiffusion coefficients required for the description of ternary diffusion were determined. For the calculation of the ternary diffusivities, a recent numerical approach was used in which the four ternary interdiffusion coefficients are determined over a selected composition range from a single diffusion couple experiment. For the main coefficients [math] and [math], activation enthalpies were calculated in the high and low Cr and Al content areas, respectively.

Résumé

Dans l’intervalle de température 800 °C ≤ T ≤ 1100 °C, des expériences d’interdiffusion employant des couples de diffusion ont été effectuées sous vide sur des alliages modèles Fe_x-Cr_y-Al_z avec 0,57 ≤ x ≤ 0,80, 0,06 ≤ y ≤ 0,32, 0,01 ≤ z ≤ 0,24. Des couples de diffusion en forme de disque avec différentes concentrations des éléments principaux ont été pressés l’un contre l’autre dans un tube cylindrique. Après le recuit, les échantillons ont été sectionnés parallèlement à la direction de diffusion, polis et nettoyés pour les mesures EPMA. Des profils de concentration résultants, les deux coefficients d’interdiffusion directs et les deux coefficients non-diagonaux nécessaires pour la description de la diffusion ternaire ont été déterminés. Pour le calcul des diffusivités ternaires, une approche numérique récente a été employée dans laquelle les quatre coefficients ternaires d’interdiffusion sont déterminés dans des intervalles de composition choisies le long du chemin de diffusion d’un couple unique de diffusion. Pour les coefficients directs [math] et [math] les enthalpies d’activation ont été calculées dans les régions de haute et de basse concentration de Cr et d’Al.