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Oxidation of metals investigated by in situ surface sensitive X-ray diffraction

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Published/Copyright: January 3, 2022

Abstract

The onset of the oxidation of epitaxial Cr films and NiAl single crystals will be discussed, that was characterized by surface sensitive X-ray diffraction techniques. From X-ray reflectivity measurements atomic-scale information on the oxide thickness, its roughness and the metal/oxide interfacial morphology can be obtained. As an example, time-resolved reflectivity measurements during the oxidation of Cr are presented, which allow the determination of an activation barrier for Cr ion diffusion through the growing oxide layer. The structure and defects of the growing Cr2O3 layers are in addition visualized in cross-section high-resolution transmission microscopy images. In the case of the oxidation of NiAl (110) the formation of Al2O3 overlayers was observed, leaving behind a chemically disturbed substrate. Here, so-called crystal truncation rod measurements provide information about the oxidation-induced defect formation close to the NiAl/Al2O3 interface. In the case of the oxidation of NiAl (110) Al anti-site atoms are present at the interface, which are forbidden in the Ni –Al volume phase diagram.

Abstract

Es werden Ergebnisse zum Anfangsstadium der Oxidation von epiktaktischen Cr-Schichten und NiAl-Einkristallen beschrieben, die mit Hilfe von oberflächensensitiven Röntgenbeugungsmethoden erzielt wurden. Aus Röntgen-Reflexionsmessungen können Informationen über Oxiddicken, Rauhigkeiten und über die Morphologie der Metall/Oxid-Grenzfläche gewonnen werden. Als Beispiel werden zeitaufgelöste Reflexionsmessungen zur Oxidation von Cr präsentiert, die es erlauben, die Aktivierungsenergie der diffundierenden Cr-Ionen durch die wachsende Oxidschicht zu bestimmen. Die Struktur und die Defekte der sich bildenden Cr2O3-Schichten werden weiterhin durch hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopiebilder verdeutlicht. Während der Oxidation von NiAl wurde die Ausbildung von Al2O3-Schichten beobachtet, wobei ein chemisch gestörtes Substrat zurückgelassen wird. In diesem Fall liefert asymptotische Bragg-Streuung Informationen über oxidationsinduzierte Defektbildung nahe der NiAl/ Al2O3-Grenzfläche. In Falle der Oxidation von NiAl (110) wurde die Ausbildung von Al-Antistrukturatomen an der Grenzfläche beobachtet, die im Ni –Al-Volumenphasendiagramm verboten sind.


Dr. Andreas Stierle Max-Planck-Institut für Metallforschung Heisenbergstr. 1, D-70569 Stuttgart, Germany Tel.: +49 711 689 1842 Fax: +49 711 689 1902

The author would like to thank M. Kelsch for the high-resolution transmission electron microscopy sample preparation and performance of the measurements


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Received: 2002-03-19
Published Online: 2022-01-03

© 2002 Carl Hanser Verlag, München

Downloaded on 16.4.2026 from https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.3139/ijmr-2002-0139/html
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