Oxidation intermetallischer Verbindungen im System Cobalt-Gallium

Diese Arbeit dient dem detaillierten Verständnis der Korrosionsmechanismen, die bei der Oxidation von metallischen Substraten bei erhöhter Temperatur an Luft im System Cobalt-Gallium ablaufen. Durch die Methodenkombination von in situ Techniken, das sind die in situ Röntgenpulverdiffraktometrie, die Thermogravimetrie und die in situ optische Mikroskopie, kann das gebildete Produktspektrum nicht nur qualitativ, sondern auch in der Wachstumsrate quantitativ beschrieben werden. Als neue hochtemperaturfeste Verbindung wurde die intermetallische Verbindung CoGa identifiziert, die über den gesamten untersuchten Temperaturbereich von 650-1000°C eine schützende Oxidschicht aus Galliumoxid bildet. Der Transport zur Produktbildung der schützenden Oxidschicht erfolgt diffusionskontrolliert über Galliumleerstellen im Oxid. Anhand durchgeführter Leitfähigkeitsmessungen am Oxid konnte dessen Defektchemie aufgeklärt werden: Galliumoxid besitzt als Majoritätsdefekte elektronische Defekte in Leitungs- und Valenzband. Durch die Kombination der Rückstreuelektronenbeugung mit der optischen Mikroskopie konnte als weiteren Einflussparameter auf die Oxidationsrate die Kornorientierung gefunden werden.

This work gives a detailed view of the processes working during high temperature corrosion of intermetallic compounds made of cobalt and gallium. Using several in situ techniques, such as the in situ x-ray diffraction, thermogravimetry and in situ optical microscopy the products formed were identified and their growth kinetics were measured. The intermetallic compound CoGa shows excellent corrosion resistive properties in the whole investigated temperature range between 650 and 1000°C, where a protective gallium oxide scale is formed. The transport of gallium via gallium vacancies in the oxide is the rate determining step. Conductivity measurements on the oxide reveal the defect structure of gallium oxide: the majority defects are electronic defects in the conduction and the valence band. Combining the electron back scatter diffraction and the in situ optical microscopy, the grain orientation shows a significant influence upon the corrosion rate.