Diffusion of molybdenum in high-purity iron-molybdenum alloys

Diffusion du molybdène dans des alliages de haute pureté fer-molybdène

¹ Department of Materials Science, Graduate School of Engineering, Tohoku University, Aoba-yama 02, Sendai 980-8579, Japan.
² Advanced Technology Research Center, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., 1-8-1 Sachiura, Yokohama 236-8515, Japan

Abstract

Tracer diffusion coefficient of molybdenum in high-purity iron-molybdenum alloys containing molybdenum up to 1.5 at. % has been determined in the temperature range from 833 to 1143 K by using a serial sputter-micro-sectioning technique. The diffusion coefficient of ⁹⁹Mo decreases slightly with increase of molybdenum content, showing negative enhancement effect of solute diffusion in the alloys. However, the concentration dependence of the diffusion coefficients is represented by two separate linear lines. The ratio of the diffusion coefficients between the two lines is about two. This is most likely caused by two different sources of electrolytic iron, and the upper line corresponds to the diffusion enhanced by some impurities, although what kind of impurities affects on the diffusion has not been detected. Above the Curie temperature the diffusion coefficients of molybdenum in all the alloys show linear Arrhenius relationships. The activation energies and the preexponential factors for the diffusion increase slightly with increase of molybdenum content in the alloys. Below the Curie temperature, the temperature dependence of the diffusion coefficients in the alloys deviates downward owing to the magnetic ordering.

Résumé

Le coefficient de diffusion d’un radiotraceur du molybdène dans des alliages de haute pureté fer-molybdène, contenant jusqu’à 1, 5 % at. de Mo, a été déterminé dans l’intervalle de température 833-1143 K, en utilisant des techniques de micro-sectionnement par pulvérisation. Le coefficient de diffusion de ⁹⁹Mo décroît légèrement avec la teneur en molybdène, indiquant un effet “accélérateur négatif” pour la diffusion du soluté dans ces alliages. Toutefois, l’influence de la concentration sur le coefficient de diffusion se traduit par deux droites distinctes, entre lesquelles le rapport des coefficients de diffusion vaut environ deux. Selon toute vraisemblance, ceci est dû aux deux origines du fer électrolytique utilisé, la droite supérieure correspondant à une diffusion accélérée par certaines impuretés, qui n’ont cependant pas été identifiées. Au-dessus de la température de Curie, les coefficients de diffusion du molybdène dans tous les alliages étudiés suivent une relation d’Arrhenius. Les énergies d’activation et les facteurs pré-exponentiels correspondants augmentent légèrement avec la teneur en molybdène des alliages. En-dessous de la température de Curie, on note une déviation négative de la relation entre coefficient de diffusion et température, due à la mise en ordre magnétique.