Investigation of the Amorphization of iron and austenitic stainless steel films by supersaturation with Boron, Carbon, Nitrogen and Oxygen

Abstract

Diese Dissertation untersucht das Amorphisierungsverhalten eisenhaltiger Legierungen und die Bildung metallischer Gläser auf Basis konventioneller Edelstähle.Es ist allgemein bekannt, dass der Zusatz der Legierungselemente Bor, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff einen nicht venachlässigbaren Einfluss auf das Deformationsverhalten, sowie die mechanischen und tribologischen Eigenschaften von Stählen besitzen. Die Modifikationen der Eigenschaften von Stahl sind begründet durch starke Wechselwirkungen zwischen den interstituellen Legierungselementen und Defekten (wie z.B. Fehlstellen, Zwischengitterplätze und Korngrenzen). Somit ist ersichtlich, dass es zwingend erforderlich ist den Einfluss der Legierungselemente auf die tribologischen Eigenschaften von Eisen und Stahl zu untersuchen und zu bestimmen.Eine erste Arbeit hierzu wurde von Byeng-Joo Lee veröffentlich, der als erster ein theoretisches Modell der Binärsysteme Fe-C/Fe-N lieferte und über einen speziellen Monte Carlo Algorithmus (MEAM) eine kubische FeC/FeN phase des Typus NaCl voraussagte. Diese Arbeit setzte den Impuls das Fe-C System für noch unbekannte hohe Kohlenstoff Konzentrationen zu untersuchen, das Karburisierungsverhalten zu verstehen und auf dieser Basis konventionelle Stähle der AISI 3xx Familie amorphisieren zu können.Tatsächlich ist in dieser Arbeit eine kubische FeC Phase entdeckt worden, die mit der vorausgesagten Phase nahezu identisch ist. Hierzu wurde eine neue Depositionstechnik, die Sequential Target Pulsed Laser Deposition (STPLD), entwickelt, da sich das Magnetron Sputtern zur Synthetisierung dieser Phase als unpraktikabel erwiesen hat und man stattdessen verschiedene Karbide beobachtet.Allerdings lassen sich mit Hilfe des reaktiven Magnetron-sputterns eine neue strukturell amorphe Phase erstellen, die jedoch weichferromagnetische Eigenschaften besitzt und sich ebenfalls wie ein metallisches Glas verhält. Der Magnetismus dieser Schicht konnte mittels der Röntgenabsorptions-Fine-Struktur Analyse auf eine verzerrte Ni3C (für karburisierte und Nitrierte Schichten), bzw auf eine verzerrte NiFe2O4 Phase für oxidierte Schichten zurück geführt werden und die Herstellung mit anderen Depositionsmethoden (PLD, STPLD, Oberflächenbehandlung etc.) überprüft.Schließlich wird ein generalisiertes Nukleationsmodell für amorphe Edelstahlschichten erörtert.