GAXRD and in situ X-ray diffraction characterizations of the yttrium implantation effect on pure iron oxidation at high temperature

Abstract
High temperature oxidation behaviours of yttrium implanted and unimplanted pure iron were analyzed at T=700 C and under oxygen partial pressure P =0.04 Pa for 24h by several X-ray diffraction techniques to understand the yttrium implantation effect on pure iron oxidation resistance at high temperature. Sample compositions and structures were investigated before and after yttrium implantation to determine the yttrium distributions and the main compounds induced by ion implantation. Yttrium implantation effects were characterized using analytical and structural techniques such as Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS), Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED), X-ray Diffraction (XRD) and Glancing Angle X-ray Diffraction (GAXRD). Yttrium-implanted and unimplanted pure iron oxidation weight gains were studied by thermogravimetry and structural analyses were carried out by in-situ high temperature X-ray diffraction. The aim of this paper is to show the initial nucleation stage of the main compounds induced by pure iron oxidation at high temperature according to the surface treatment (yttrium implantation). The results obtained by Glancing angle X-ray diffraction and by in-situ high temperature X-ray diffraction allow to understand the better oxidation resistance observed in the case of yttrium implanted pure iron.

Résumé
Les comportements en oxydation à haute température (T=700 C - pression partielle d'oxygène P =0.04 Pa) du fer pur brut et implanté à l'yttrium ont été analysés pendant 24h par plusieurs techniques dc diffraction X afin de comprendre l'effet de l'yttrium sur la résistance à l'oxydation à haute température du fer pur. Les compositions et les analyses structurales ont été effectuées avant et après implantation pour déterminer les distributions en yttrium ainsi que les différents composés induits par l'implantion ionique. Les effets de l'implantation d'yttrium ont été caractérisés par spectrométrie de rétrodiffusion de Rutherford (RBS), spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS), diffraction électronique à haute énergie (RHEED) et diffraction des rayons X classique (XRD) et sous incidences rasantes (GAXRD). Les variations de masse lors des oxydations du fer pur brut et implanté à l'yttrium ont été déterminées par thermogravimétrie et les analyses structurales ont été réalisées par diffraction X in-situ à haute température. Le but de cette étude est de mettre en évidence la germation des principaux composés induits lors de l'oxydation à haute température du fer pur implanté à l'yttrium afin de mieux comprendre l'amélioration de sa résistance à l'oxydation à haute température.