Investigation of vacancies in Fe-Al alloys

• Název práce v češtině: Studium vakancí v Fe-Al slitinách
• Název v anglickém jazyce: Investigation of vacancies in Fe-Al alloys
• Klíčová slova: Fe-Al slitiny, intermetalika, vakance, anihilace pozitronů
• Klíčová slova anglicky: Fe-Al alloys, intermetallics, vacancies, positron annihilation
• Akademický rok vypsání: 2010/2011
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Vedoucí / školitel: prof. Mgr. Jakub Čížek, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 26.09.2011
• Datum zadání: 26.09.2011
• Datum potvrzení stud. oddělením: 29.12.2011
• Datum a čas obhajoby: 29.09.2015 11:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 30.06.2015
• Datum odevzdání tištěné podoby: 30.06.2015
• Datum proběhlé obhajoby: 29.09.2015
• Oponenti: doc. Dr. rer. nat. Robert Král, Ph.D.
• Konzultanti: Ing. Oksana Melikhova, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1. Prostudování odborné literatury o defektech v Fe-Al slitinách.

2. Seznámení se s metodikou pozitronové anihilační spektroskopie.

3. Příprava vzorků Fe-Al slitin.

4. Charakterizace mikrostruktury Fe-Al slitin pomocí pozitronové anihilační spektroskopie, difrakce rtg. záření a elektronové mikroskopie.

5. Analýza a interpretace experimentálních dat.

6. Sepsání disertační práce.

Seznam odborné literatury

1. P.Hautojärvi: Positrons in Solids, Topics in Current Physics, Springer-Verlag (1979).
2. A. Dupasquier, A.P. Mills, Jr. (eds.): Positron Spectroscopy of Solids, IOS Press, Amsterdam (1995).
3. J.L. Jordan, S.C. Deevi: “Vacancy formation and effects in FeAl”, Intermetallics 11, 507-528 (2003).

Předběžná náplň práce

Pro intermetalické slitiny na bázi Fe-Al je charakteristická extrémně vysoká koncentrace termálních vakancí. Při teplotách okolo 1000oC může rovnovážná koncentrace vakancí v těchto slitinách dosahovat až několika at.% To je výrazně vyšší koncentrace než v čistých kovech. Rychlým zakalením z vysokých teplot lze zachovat vysokou koncentraci vakancí v Fe-Al slitinách i na pokojové teoplotě. Vakance mají výrazný vliv na vlastnosti Fe-Al slitin, protože hrají klíčovou roli v důležitých fyzikálních procesech jako např. difůze, fázové transformace a plastická deformace. Detailní výzkum vakancí v Fe-Al slitinách je proto nezbytný pro pochopení specifických vlastností těchto materiálů.
V této práci bude proveden detailní výzkum vakancí v Fe-Al slitinách v širokém rozmezí složení od zředěných roztoků Al v železe až po stechiometrické složení Fe50Al50. Vakance lze v Fe-Al slitinách vyvořit zakalením z vysokých teplot. Vysoká koncentrace vakancí vzniká ovšem take při plastické deformaci. V této práci budou proto studovány vakance ve dvou typech vzorků Fe-Al slitin: (i) vzorky zakalené po žíhání na vysoké teplotě a (ii) vzorky připravené silnou plastickou deformací. Cílem práce je vyjasnit fyzikální mechanismus vzniku vakancí v Fe-Al slitinách v závislosti na koncentraci Al a struktuře.
Jako hlavní metoda pro charakterizaci vakancí bude použita pozitronová anihilační spektroskopie (PAS), která představuje renomovanou nedestruktivní techniku s vysokou citlivostí na defekty spojené s volným objemem (např. vakance). Pro charakterizaci vakancí budou využity dvě komplementární techniky PAS: měření doby života pozitronů, které umožňuje identifikovat defekty a určit jejich koncentraci a koincidenční měření Dopplerovského rozšíření, které přináší informaci o lokálním chemickém okolí defektů. PAS bude kombinována s dalšími experimentálními metodami především difrakcí rtg. záření a elektronovou mikrokopií.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Intermetallic Fe-Al alloys exhibit extremely high concentration of thermal vacancies. At temperatures around 1000oC the equilibrium vacancy concentration approaches severe at.%. This concentration of vacancies is substantially higher than in pure metals. High concentration of vacancies can be retained even at room temperature by fast quenching of samples annealed at high temperature. Quenched-in vacancies substantially influence physical properties of Fe-Al alloys because vacancies play the key role in important physical processes, e.g. diffusion, phase transitions and plastic deformation. Hence, detailed investigation of vacancies in Fe-Al alloys is necessary for understanding of specific properties of these intermetallic materials.
An extended investigation of vacancies in Fe-Al alloys will be performed in the present work. Characterization of vacancies will be performed in a broad range of Fe-Al alloys with composition ranging from a dilute solid solution of Al in iron up to the stoichiometric composition Fe50Al50. Vacancies in Fe-Al alloys can be created in two ways: (i) annealing at high temperature finished by rapid quenching or (ii) severe plastic deformation of Fe-Al alloy. In this work characterization of vacancies will be performed in quenched and also in deformed alloys. The aim of this work is to clarify the physical mechanism of vacancy formation in Fe-Al alloys and to disclose the influence of Al concentration and lattice structure on the concentration and type of vacancies in Fe-Al alloys
Positron annihilation spectroscopy (PAS) will be employed as a principal technique for characterization of vacancies in Fe-Al alloys. PAS is a well-developed non-destructive technique with a high sensitivity to open volume defects (e.g. vacancies). Characterization of vacancies will be performed by two complementary PAS techniques: (i) positron lifetime spectroscopy which enables to identify defects and to determine defect densities and (ii) coincidence Doppler broadening which carries information about local chemical environment of defects. PAS will be combined with other experimental techniques in particular X-ray diffraction and electron microscopy.