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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 9/2015

01.09.2015

Microstructures and Stabilization Mechanisms of Nanocrystalline Iron-Chromium Alloys with Hafnium Addition

verfasst von: Weizong Xu, Lulu Li, Mostafa Saber, Carl C. Koch, Yuntian Zhu, Ronald O. Scattergood

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 9/2015

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Abstract

The low thermal stability of nanocrystalline metals severely limits their applications at high temperatures. In this study, we investigate the nanocrystalline stabilization mechanisms for Fe-14Cr alloys with 1, 2, and 4 at. pct Hf addition at 1173 K (900 °C). Microstructural characterizations using aberration-corrected scanning transmission electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy reveal high density of HfO2 nanoparticles with sizes of ~4 nm dispersed throughout the ferritic matrix. This indicates that kinetic stabilization by HfO2 nanoparticle pinning is primarily responsible for the observed high thermal stability. In addition, some Hf and Cr segregation on grain boundaries is observed in the Fe-14Cr-4Hf, suggesting the existence of thermodynamic stabilization at high Hf content. Second-phase precipitations such as hafnium carbide, M23C6, and Fe-Cr-Hf intermetallic phase are also found in the Fe-14Cr-4Hf, but their large sizes and inter-spacing suggest that their contribution to stabilization is minimal.

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Literatur
1.
3.
4.
Zurück zum Zitat Y.T. Zhu, T.C. Lowe and T.G. Langdon: Scripta Mater., 2004, vol. 51, pp. 825-830.CrossRef Y.T. Zhu, T.C. Lowe and T.G. Langdon: Scripta Mater., 2004, vol. 51, pp. 825-830.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat M.A. Meyers, A. Mishra and D.J. Benson: Prog. Mater. Sci., 2006, vol. 51, pp. 427-556.CrossRef M.A. Meyers, A. Mishra and D.J. Benson: Prog. Mater. Sci., 2006, vol. 51, pp. 427-556.CrossRef
7.
Zurück zum Zitat V.Y. Gertsman and R. Birringer: Scripta Metall. et Mater, 1994, vol. 30, pp. 577-581.CrossRef V.Y. Gertsman and R. Birringer: Scripta Metall. et Mater, 1994, vol. 30, pp. 577-581.CrossRef
8.
Zurück zum Zitat J.A. Haber and W.E. Buhro: J. Am. Chem. Soc., 1998, vol. 120, pp. 10847-10855.CrossRef J.A. Haber and W.E. Buhro: J. Am. Chem. Soc., 1998, vol. 120, pp. 10847-10855.CrossRef
9.
10.
Zurück zum Zitat M. Saber, H. Kotan, C.C. Koch and R.O. Scattergood: Mater. Sci. Eng. A, 2012, vol. 556, pp. 664-670.CrossRef M. Saber, H. Kotan, C.C. Koch and R.O. Scattergood: Mater. Sci. Eng. A, 2012, vol. 556, pp. 664-670.CrossRef
11.
Zurück zum Zitat K.A. Darling, B.K. VanLeeuwen, C.C. Koch and R.O. Scattergood: Mater. Sci. Eng. A, 2010, vol. 527, pp. 3572-3580.CrossRef K.A. Darling, B.K. VanLeeuwen, C.C. Koch and R.O. Scattergood: Mater. Sci. Eng. A, 2010, vol. 527, pp. 3572-3580.CrossRef
12.
Zurück zum Zitat K.A. Darling, R.N. Chan, P.Z. Wong, J.E. Semones, R.O. Scattergood and C.C. Koch: Scripta Mater., 2008, vol. 59, pp. 530-533.CrossRef K.A. Darling, R.N. Chan, P.Z. Wong, J.E. Semones, R.O. Scattergood and C.C. Koch: Scripta Mater., 2008, vol. 59, pp. 530-533.CrossRef
13.
14.
Zurück zum Zitat Y. Chen, Y. Liu, F. Khatkhatay, C. Sun, H. Wang and X. Zhang: Scripta Mater., 2012, vol. 67, pp. 177-180.CrossRef Y. Chen, Y. Liu, F. Khatkhatay, C. Sun, H. Wang and X. Zhang: Scripta Mater., 2012, vol. 67, pp. 177-180.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat B. Huang, R.J. Perez and E.J. Lavernia: Mater. Sci. Eng. A, 1998, vol. 255, pp. 124-132.CrossRef B. Huang, R.J. Perez and E.J. Lavernia: Mater. Sci. Eng. A, 1998, vol. 255, pp. 124-132.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat K. Maung, R.K. Mishra, I. Roy, L.C. Lai, F.A. Mohamed and J.C. Earthman: J. Mater. Sci., 2011, vol. 46, pp. 6932-6940.CrossRef K. Maung, R.K. Mishra, I. Roy, L.C. Lai, F.A. Mohamed and J.C. Earthman: J. Mater. Sci., 2011, vol. 46, pp. 6932-6940.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat G.D. Hibbard, K.T. Aust and U. Erb: Mater. Sci. Eng. A, 2006, vol. 433, pp. 195-202.CrossRef G.D. Hibbard, K.T. Aust and U. Erb: Mater. Sci. Eng. A, 2006, vol. 433, pp. 195-202.CrossRef
18.
Zurück zum Zitat P.A. Manohar, M. Ferry and T. Chandra: ISIJ Inter., 1998, vol. 38, pp. 913-924.CrossRef P.A. Manohar, M. Ferry and T. Chandra: ISIJ Inter., 1998, vol. 38, pp. 913-924.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat H.A. Murdoch and C.A. Schuh: Acta. Mater., 2013, vol. 61, pp. 2121-2132.CrossRef H.A. Murdoch and C.A. Schuh: Acta. Mater., 2013, vol. 61, pp. 2121-2132.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat T. Chookajorn, H.A. Murdoch and C.A. Schuh: Science, 2012, vol. 337, pp. 951-954.CrossRef T. Chookajorn, H.A. Murdoch and C.A. Schuh: Science, 2012, vol. 337, pp. 951-954.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat M. Saber, H. Kotan, C.C. Koch and R.O. Scattergood: J. Appl. Phys., 2013, vol. 113, p. 063515.CrossRef M. Saber, H. Kotan, C.C. Koch and R.O. Scattergood: J. Appl. Phys., 2013, vol. 113, p. 063515.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat W. Xu, L. Li, M. Saber, C.C. Koch, Y. Zhu and R.O. Scattergood: J. Nucl. Mater., 2014, vol. 452, pp. 434-439.CrossRef W. Xu, L. Li, M. Saber, C.C. Koch, Y. Zhu and R.O. Scattergood: J. Nucl. Mater., 2014, vol. 452, pp. 434-439.CrossRef
23.
Zurück zum Zitat A.A. Talin, E.A. Marquis, S.H. Goods, J.J. Kelly and M.K. Miller: Acta. Mater., 2006, vol. 54, pp. 1935-1947.CrossRef A.A. Talin, E.A. Marquis, S.H. Goods, J.J. Kelly and M.K. Miller: Acta. Mater., 2006, vol. 54, pp. 1935-1947.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat M. da Silva, C. Wille, U. Klement, P. Choi and T. Al-Kassab: Mater. Sci. Eng. A, 2007, vol. 445–446, pp. 31-39.CrossRef M. da Silva, C. Wille, U. Klement, P. Choi and T. Al-Kassab: Mater. Sci. Eng. A, 2007, vol. 445–446, pp. 31-39.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat T. Hentschel, D. Isheim, R. Kirchheim, F. Müller and H. Kreye: Acta. Mater., 2000, vol. 48, pp. 933-941.CrossRef T. Hentschel, D. Isheim, R. Kirchheim, F. Müller and H. Kreye: Acta. Mater., 2000, vol. 48, pp. 933-941.CrossRef
26.
Zurück zum Zitat S.C. Mehta, D.A. Smith and U. Erb: Mater. Sci. Eng. A, 1995, vol. 204, pp. 227-232.CrossRef S.C. Mehta, D.A. Smith and U. Erb: Mater. Sci. Eng. A, 1995, vol. 204, pp. 227-232.CrossRef
27.
Zurück zum Zitat L. Li, M. Saber, W. Xu, Y. Zhu, C.C. Koch and R.O. Scattergood: Mater. Sci. Eng. A, 2014, vol. 613, pp. 289-295.CrossRef L. Li, M. Saber, W. Xu, Y. Zhu, C.C. Koch and R.O. Scattergood: Mater. Sci. Eng. A, 2014, vol. 613, pp. 289-295.CrossRef
28.
29.
Zurück zum Zitat T.F. Kelly and M.K. Miller: Rev. Sci. Instrum., 2007, vol. 78, p. 031101.CrossRef T.F. Kelly and M.K. Miller: Rev. Sci. Instrum., 2007, vol. 78, p. 031101.CrossRef
30.
Zurück zum Zitat C.M. Parish, R.M. White, J.M. LeBeau and M.K. Miller: J. Nucl. Mater., 2014, vol. 445, pp. 251-260.CrossRef C.M. Parish, R.M. White, J.M. LeBeau and M.K. Miller: J. Nucl. Mater., 2014, vol. 445, pp. 251-260.CrossRef
31.
Zurück zum Zitat D.E. Jesson and S.J. Pennycook: Proc. R. Soc. Lond. A: Math. Phys. Sci., 1995, vol. 449, pp. 273-293.CrossRef D.E. Jesson and S.J. Pennycook: Proc. R. Soc. Lond. A: Math. Phys. Sci., 1995, vol. 449, pp. 273-293.CrossRef
32.
Zurück zum Zitat H.S.V. Harrach, P. Dona, B. Freitag, H. Soltau, A. Niculae and M. Rohde: J. Phys.: Conf. Series, 2010, vol. 241, p. 012015. H.S.V. Harrach, P. Dona, B. Freitag, H. Soltau, A. Niculae and M. Rohde: J. Phys.: Conf. Series, 2010, vol. 241, p. 012015.
33.
Zurück zum Zitat J. Wang, H.P. Li and R. Stevens: J. Mater. Sci., 1992, vol. 27, pp. 5397-5430.CrossRef J. Wang, H.P. Li and R. Stevens: J. Mater. Sci., 1992, vol. 27, pp. 5397-5430.CrossRef
34.
Zurück zum Zitat C.T. Koch: Ph.D. Thesis, Arizona State University, 2002. C.T. Koch: Ph.D. Thesis, Arizona State University, 2002.
35.
Zurück zum Zitat P.A. Stadelmann, (JEMS—EMS java version: 2010). P.A. Stadelmann, (JEMS—EMS java version: 2010).
36.
Zurück zum Zitat O. Ohtaka, T. Yamanaka, S. Kume, N. Hara, H. Asano and F. Izumi: J. Am. Ceram. Soc., 1995, vol. 78, pp. 233-237.CrossRef O. Ohtaka, T. Yamanaka, S. Kume, N. Hara, H. Asano and F. Izumi: J. Am. Ceram. Soc., 1995, vol. 78, pp. 233-237.CrossRef
37.
Zurück zum Zitat C.E. Curtis, L.M. Doney and J.R. Johnson: J. Am. Ceram. Soc., 1954, vol. 37, pp. 458-465.CrossRef C.E. Curtis, L.M. Doney and J.R. Johnson: J. Am. Ceram. Soc., 1954, vol. 37, pp. 458-465.CrossRef
38.
Zurück zum Zitat R.E. Hann, P.R. Suitch and J.L. Pentecost: J. Am. Ceram. Soc., 1985, vol. 68, pp. 285-286.CrossRef R.E. Hann, P.R. Suitch and J.L. Pentecost: J. Am. Ceram. Soc., 1985, vol. 68, pp. 285-286.CrossRef
39.
Zurück zum Zitat O. Ohtaka, H. Fukui, T. Kunisada, T. Fujisawa, K. Funakoshi, W. Utsumi, T. Irifune, K. Kuroda and T. Kikegawa: J. Am. Ceram. Soc., 2001, vol. 84, pp. 1369-1373.CrossRef O. Ohtaka, H. Fukui, T. Kunisada, T. Fujisawa, K. Funakoshi, W. Utsumi, T. Irifune, K. Kuroda and T. Kikegawa: J. Am. Ceram. Soc., 2001, vol. 84, pp. 1369-1373.CrossRef
40.
Zurück zum Zitat G. Skandan, C.M. Foster, H. Frase, M.N. Ali, J.C. Parker and H. Hahn: Nanostruct. Mater., 1992, vol. 1, pp. 313-322.CrossRef G. Skandan, C.M. Foster, H. Frase, M.N. Ali, J.C. Parker and H. Hahn: Nanostruct. Mater., 1992, vol. 1, pp. 313-322.CrossRef
41.
Zurück zum Zitat A. Suresh, M.J. Mayo, W.D. Porter and C.J. Rawn: J. Am. Ceram. Soc., 2003, vol. 86, pp. 360-362.CrossRef A. Suresh, M.J. Mayo, W.D. Porter and C.J. Rawn: J. Am. Ceram. Soc., 2003, vol. 86, pp. 360-362.CrossRef
42.
Zurück zum Zitat J.E. Daniels, M.V. Manuel, C.W. Brink and J.L. Jones: Scripta Mater., 2009, vol. 61, pp. 391-394.CrossRef J.E. Daniels, M.V. Manuel, C.W. Brink and J.L. Jones: Scripta Mater., 2009, vol. 61, pp. 391-394.CrossRef
43.
Zurück zum Zitat R.C. Garvie and M.V. Swain: J. Mater. Sci., 1985, vol. 20, pp. 1193-1200.CrossRef R.C. Garvie and M.V. Swain: J. Mater. Sci., 1985, vol. 20, pp. 1193-1200.CrossRef
44.
Zurück zum Zitat J.H. Choi, Y. Mao and J.P. Chang: Mater. Sci. Eng. R, 2011, vol. 72, pp. 97-136.CrossRef J.H. Choi, Y. Mao and J.P. Chang: Mater. Sci. Eng. R, 2011, vol. 72, pp. 97-136.CrossRef
45.
46.
Zurück zum Zitat A.L. Bowman, G.P. Arnold, E.K. Storms and N.G. Nereson: Acta Crystallog. B, 1972, vol. 28, pp. 3102-3103.CrossRef A.L. Bowman, G.P. Arnold, E.K. Storms and N.G. Nereson: Acta Crystallog. B, 1972, vol. 28, pp. 3102-3103.CrossRef
47.
Zurück zum Zitat B. Predel: Fe-Hf (Iron-Hafnium), SpringerMaterials—The Landolt-Börnstein Database, Springer, Berlin, 1996. B. Predel: Fe-Hf (Iron-Hafnium), SpringerMaterials—The Landolt-Börnstein Database, Springer, Berlin, 1996.
48.
Zurück zum Zitat M. Venkatraman and J.P. Neumann: Bull. Alloy Phase Diagr., 1986, vol. 7, pp. 570-573.CrossRef M. Venkatraman and J.P. Neumann: Bull. Alloy Phase Diagr., 1986, vol. 7, pp. 570-573.CrossRef
49.
Zurück zum Zitat Y. Liu, S.M. Allen and J.D. Livingson: Scripta Metall. et Mater., 1995, vol. 32, pp. 1129-1132.CrossRef Y. Liu, S.M. Allen and J.D. Livingson: Scripta Metall. et Mater., 1995, vol. 32, pp. 1129-1132.CrossRef
50.
Zurück zum Zitat A.D. Pelton, L. Leibowitz and R.A. Blomquist: J. Nucl. Mater., 1993, vol. 201, pp. 218-224.CrossRef A.D. Pelton, L. Leibowitz and R.A. Blomquist: J. Nucl. Mater., 1993, vol. 201, pp. 218-224.CrossRef
51.
Zurück zum Zitat T. Malis, S.C. Cheng and R.F. Egerton: J. Electron Micr. Tech., 1988, vol. 8, pp. 193-200.CrossRef T. Malis, S.C. Cheng and R.F. Egerton: J. Electron Micr. Tech., 1988, vol. 8, pp. 193-200.CrossRef
52.
Zurück zum Zitat A.W. Bowen and G.M. Leak: Metall. Trans., 1970, vol. 1, pp. 1695-1700.CrossRef A.W. Bowen and G.M. Leak: Metall. Trans., 1970, vol. 1, pp. 1695-1700.CrossRef
53.
Zurück zum Zitat J. Takada and M. Adachi: J. Mater. Sci., 1986, vol. 21, pp. 2133-2137.CrossRef J. Takada and M. Adachi: J. Mater. Sci., 1986, vol. 21, pp. 2133-2137.CrossRef
54.
55.
56.
Zurück zum Zitat M.C. Zeman, C.C. Fulton, G. Lucovsky, R.J. Nemanich and W.C. Yang: J. Appl. Phys., 2006, vol. 99, p. 023519.CrossRef M.C. Zeman, C.C. Fulton, G. Lucovsky, R.J. Nemanich and W.C. Yang: J. Appl. Phys., 2006, vol. 99, p. 023519.CrossRef
57.
Zurück zum Zitat Y. Ye, H. Zhang, Y. Tong and S. Bai: Ceram. Inter., 2013, vol. 39, pp. 5477-5483.CrossRef Y. Ye, H. Zhang, Y. Tong and S. Bai: Ceram. Inter., 2013, vol. 39, pp. 5477-5483.CrossRef
Metadaten
Titel
Microstructures and Stabilization Mechanisms of Nanocrystalline Iron-Chromium Alloys with Hafnium Addition
verfasst von
Weizong Xu
Lulu Li
Mostafa Saber
Carl C. Koch
Yuntian Zhu
Ronald O. Scattergood
Publikationsdatum
01.09.2015
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 9/2015
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-015-2985-2

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