Thermodynamics and kinetics of the oxidation of amorphous Al-Zr alloys

Abstract

The present thesis presents a comprehensive investigation of the thermal oxidation of amorphous Al-Zr alloys. The oxide composition and microstructure, as well as the oxidation kinetics and oxidation mechanism of amorphous Al-Zr alloys upon thermal oxidation at relatively low oxidation temperatures of 350 - 400 °C and at high oxidation temperatures of 500 - 560 °C have been investigated. The phase and microstructural development upon oxidation of amorphous Al-Zr alloys, as well as the oxidation-induced changes in the alloy substrate, were investigated by a combinatorial experimental approach using X-ray diffraction (XRD), cross-sectional (analytical) transmission electron microscopy (TEM), Auger electron spectroscopy (AES) sputter-depth profiling and spectroscopic ellipsometry (SE). Furthermore, the corrosion behavior of as-deposited and oxidation-treated amorphous Al-Zr alloys have been investigated as function of the alloy composition and oxidation conditions by employing an electrochemical microcapillary technique.

Die vorliegende Doktorarbeit stellt eine umfassende Untersuchung der thermischen Oxidation von amorphen Al-Zr Legierungen dar. Es wurden Zusammensetzung und Mikrostruktur der auftretenden Oxidphase(n), sowie Oxidationskinetik und Oxidationsmechanismus von amorphen Al-Zr Legierungen, bei relativ niedrigen Oxidationstemperaturen von 350 - 400 °C und bei hohen Oxidationstemperaturen von 500 - 560 °C, untersucht. Die Phasen- und Gefügeentwicklung von oxidierten amorphen Al-Zr Legierungen, sowie die oxidationsinduzierten Veränderungen in der Legierung, wurden mittels Kombination von Röntgenbeugung (XRD), analytischer Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) an Querschnittsproben, Augerelektronenspektroskopie (AES) zur Erstellung von Konzentrationstiefenprofilen und spektroskopischer Ellipsometrie (SE) erforscht. Zudem wurde das Korrosionsverhalten von amorphen Al-Zr Legierungen direkt nach der Herstellung sowie nach Oxidation als Funktion der Legierungszusammensetzung und der Oxidationsbedingungen mittels elektrochemischer Mikrokapillartechnik untersucht.