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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter November 30, 2021

Thermodynamic Properties of Solid Aluminium– Iron Alloys

Thermodynamische Eigenschaften fester Aluminium-Eisen-Legierungen
Heiko Kleykamp and Heike Glasbrenner

Abstract

The relative partial molar Gibbs energy ΔG¯Al of Al was measured in the Fe-rich range (0.4 ≤ xFe ≤ 1) of the Al –Fe system between 620 and 800 °C by the emf method using solid galvanic cells with a single-crystal CaF2 electrolyte. The relative partial molar excess Gibbs energy of Al in Fe at infinite dilution is ΔxsG¯Al=76 kJ/mol at 727 °C. The Gibbs energy of formation in the concentration G¯ range 0.36 ≤ xFe ≤ 1 was obtained from ΔG¯Al and from △Fe after Gibbs-Duhem integration and yields at 727 °C: △fG0〈Al1.80Fe〉 = −25 kJ/g-atom, ΔfG0AlFe=26.1kJ/g-atom and ΔfG0 〈AlFe2.85〉 = −18.8 kJ/g-atom. The composition Al1,80Fe is the Fe-rich phase boundary of Al2Fe at 727 °C. The composition AlFe2.85 is the Fe-rich end member of the CsCl type solid solution ranging between xFe = 0.49 and 0.74. X-ray microanalysis of an Al0.241Fe0,759 sample annealed at 727 °C revealed a two-phase region with Al0.26Fe0.74 precipitates in the Al0.21Fe0.79 matrix which is the Al-rich end member of the W type AlxFe1-x solid solution at this temperature.

Abstract

Die relative partielle molare freie Enthalpie ΔG¯Al von Al wurde im Fe-reichen Teil (0,4 ≤ xFe ≤ 1) des Systems Al –Fe zwischen 620 und 800 °C nach der EMK-Methode an galvanischen Festkörperketten mit einem einkristallinen CaF2-Elektrolyten gemessen. Die relative partielle molare freie Exzeßenthalpie von Al in Fe bei unendlicher Verdünnung ist ΔxsG¯Al=76kJ/mol bei 727 °C. Die freie Bildungsenthalpie im Konzentrationsbereich 0,36 ≤ xFe ≤ 1 wurde aus ΔG¯Al und aus ΔG¯Fe nach der Gibbs-Duhem-Integration gewonnen und ergibt bei 727 △fG0〈Al1,80Fe〉 ΔfG0AlFe=26,1kJ/g-atom  °C: = −25 kJ/g-atom, und ΔfG0 AlFe2,85 =18,8kJ/g-atom  Die Zusammensetzung Al1,80Fe stellt die Fe-reiche Phasengrenze von Al2Fe bei 727 °C dar. Die Zusammensetzung AlFe2,85 ist die Fe-reiche Grenzzusammensetzung der festen Lösung des CsCl-Typs zwischen xFe = 0,49 und 0,74. Die Röntgenmikroanalyse einer bei 727 °C wärmebehandelten Probe der Zusammensetzung Al0,241Fe0,759 ergab einen zweiphasigen Bereich mit Al0,26Fe0,74-Ausscheidungen in einer Al0,21Fe0,79-Matrix, die die Grenzzusammensetzung der festen AlxFe1-x-Lösung des W-Typs bei dieser Temperatur darstellt.


Heiko Kleykamp, Heike Glasbrenner Forschungszentrum Karlsruhe Institut für Materialforschung I Postfach 36 40 D-76021 Karlsruhe, Germany

R. Wiesendanger u. H.-J. Güntherodt (Hrsg.); 2. Auflage; Springer Series in Surface Sciences: 29

Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1996), ISBN 3-540-60824-9, XVI + 402 S., 212 Abb., Softcover, 98,– DM


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Scanning Tunneling Microscopy III: Theory of STM and Related Scanning Probe Methods

Um Ergebnisse, die aus Rastertunnelmikroskopie- oder Rasterkraftmikroskopie-Messungen gewonnen werden, quantitativ zu analysieren, müssen Konzepte zum Verständnis der Bildentstehung und der Kontrastgebung bekannt sein. Dies setzt das Zusammenwirken von Experiment und Theorie voraus. Haben Scanning Tunneling Microscopy I bzw. II die experimentellen Techniken und deren Anwendungen zum Thema, so widmet sich dieser dritte Band ausschließlich den theoretischen Aspekten der Rastersondenmikroskopie mit dem Ziel, die experimentellen Kenntnisse über die Realraumabbildung um den theoretischen Hintergrund zu erweitern. Verschiedene Autoren stellen hier theoretische Konzepte aus unterschiedlichen Bereichen der Rastertunnel- (RTM) und der Rasterkraftmikroskopie (RKM) vor.

Ausgehend vom Jellium-Modell beschreibt N. D. Lang im 2. Kapitel den Einfluß chemisch unterschiedlicher, auf Metalloberflächen absorbierter Atome auf die RTM-Bildgebung. In Kapitel 3 und 4 stellen G. Doyen bzw. C. Noguera zur Berechnung des Tunnelstromes das Konzept der Greenschen Funktionen vor. Der Einfluß der geometrischen und der elektronischen Struktur der Spitze auf die Bildgebung wird im Kapitel 5 diskutiert. Numerische Simulationen von RTM-Bildern und Tunnelspektren (RTS), basierend auf „First-Principle“ Berechnungen der elektronischen Zustände werden, unter Annahme realistischer Cluster-Modelle der Spitze, an einigen äusgewählten Systemen (HOPG, Si(100)) vorgestellt. Auch dem Tunnel-Zeit Problem ist ein Kapitel gewidmet. Die verschiedenen, aus der Literatur bekannten Lösungsmethoden werden hier kritisch diskutiert, wobei die Autoren, C.R. Leaves und G.C. Aers, das Konzept der Bohm-Trajektorien als Lösungsweg favorisieren. Im Kapitel 7 zeigt C.J. Chen die störungstheoretische Lösung des Tunnelproblems eines rechteckigen Potentialwalls mit Hilfe der modifizierten Bardeen Näherung. Anschließend, in Kapitel 8, diskutiert S. Ciraci den Bereich, bei dem es zwischen Spitze und Substrat bereits zu elektronischem und mechanischem Kontakt kommt.

Die nachfolgenden vier Kapitel beschäftigen sich mit den theoretischen Aspekten der Rasterkraftmikroskopie.

U. Landman und W.D. Luedtke stellen die Methode der molekulardynamischen Simulation vor. Mit Hilfe von Computer-Experimenten werden einzelne Schritte der RKM-Messung simuliert. Der Einfluß verschiedener Materialien für Spitze und Substrat wird dabei berücksichtigt, um tribologische Phänomene und Mechanismen der Nanoindentation zu verdeutlichen. Zahlreiche graphische Darstellungen bringen die Ergebnisse der Simulationen dem Leser näher. Den Möglichkeiten, das RKM bei Reibungsmessungen zu nutzen, trägt das darauffolgende Kapitel, geschrieben von G. Overney, Rechnung. Nach einer Einführung über die mikroskopischen Ursprünge der Reibung wird, ausgehend von einem realistischen Spitze-Sub-strat-System und den daraus resultierenden Wechselwirkungen, die Reibungskraft anhand von „First-Principle“ Berechnungen ermittelt. U. Hartmann konzentriert sich dann im Kapitel 12 auf die Theorie der berührungsfreien (non-contact) Kraftmikroskopie. Er analysiert Van-der-Waals Kräfte, ionische Kräfte, Solvätionskräfte sowie Käpillärkräfte im Hinblick auf deren Größenordnung und deren Wechselwirkungsbereich bei RKM-Messungen, und er diskutiert den Einfluß geometrischer Effekte und Materialeigenschaften auf die Meßergebnisse.

Den Abschluß Ubildet ein berblick der neuesten Entwicklungen in der RTM und RKM. Fortschritte, die bei der Interpretation von RTS-Daten und der Berechnung der langreichweitigen Kräfte in der RKM erzielt wurden, werden vorgestellt.

Die wichtigsten theoretischen Aspekte der RTM und der RKM werden von den Herausgebern und führenden Experten teilweise sehr aüsführlich behandelt. Allerdings wird besonders in den Kapiteln, die sich mit der Theorie der RTM und der Tunnel-spektroskopie auseinandersetzen, umfangreiches Wissen der Quantenmechanik vorausgesetzt. Meist sind hier Originalveröffentlichungen notwendig, um den verwendeten mathematischen Formalismus zu durchdringen. Dagegen entwickeln die Autoren, die die theoretischen Konzepte der RKM behandeln, schrittweise ihre mathematischen Beschreibungen. So ist es möglich, deren Aüsführungen leichter zu folgen.

Das Buch bietet umfangreiches theoretisches Datenmaterial, das größtenteils den Originalveröffentlichungen der Autoren entnommen ist. Es kann als Nachschlagewerk bei der Interpretation experimenteller Daten herangezogen werden. Insgesamt stellt es eine kompakte Informationsquelle theoretischer Konzepte der RTM und der RKM dar, wobei einige Beiträge bereits Gegenstand anderer Fachbücher waren bzw. als Artikel in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht sind. Neueinsteigern in das Gebiet der RTM und der RKM sei empfohlen, zunächst Band I und II durchzuarbeiten, um die experimentelle Methodik zu erfassen, bevor sie sich mit den theoretischen Konzepten auseinandersetzen. Margit Wagner, Stuttgart

Received: 1996-07-05
Published Online: 2021-11-30

© 1997 Carl Hanser Verlag, München