Crystallographic structure of Ni rich NiAl films prepared by co-evaporation

• Published in: Acta metallurgica 1983-01, Vol.31 (7), p.1131-1140
• Main Authors: Hentzell, H.T.G., Andersson, B., Karlsso, S.-E.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; Condensed matter: structure, mechanical and thermal properties; Cross-disciplinary physics: materials science; rheology; Exact sciences and technology; Materials science; Metals, semimetals and alloys; Metals. Metallurgy; Phase diagrams and microstructures developed by solidification and solid-solid phase transformations; Phase diagrams of metals and alloys; Physics; Specific materials; Surfaces and interfaces; thin films and whiskers (structure and nonelectronic properties); Thin film structure and morphology
• ISSN: 0001-6160
• DOI: 10.1016/0001-6160(83)90209-2

In order to understand the mechanisms controlling phase formation during vapour deposition we have co-evaporated Ni and Al (0–55 at% Al) on substrates held at temperatures between 360 and 790 K. Based on our observations we have constructed a thin film phase diagram. For temperatures above 500 K and Al concentrations less than 30 at.% the results agree with equilibrium data. For decreasing temperatures the solid solubility of Al in Ni increases and below 500 K no single phase α′ Ni 3Al is observed. In contrast to bulk alloys the lattice parameter increases linearly from 3.520 Å for pure Ni up to 3.560 Å at 25 at.%. For Al contents above 30 at.% free Al and α′ Ni 3Al co-exist with β′ NiAl whereas for bulk alloys β′ NiAl is the only phase above 40 at.% Al. The value of the lattice parameter shows that in our films β′ NiAl forms with its most stable composition of 52 at.% Al in films with 35 at.%. The phase formation may be explained in terms of the mobility and migration of the deposited atoms depending on temperature and composition. Afin de comprendre les mécanismes qui contrôlent la formation des phases au cours d'un dépôt en phase vapeur, nous avons co-évaporé Ni et Al (0–55 at.%Al) sur un support porté à des températures comprises entre 360 et 790 K. A partir de nos observations, nous avons construit un diagramme de phases pour les couches minces. Au-dessus de 500 K et pour des concentrations en Al inférieures à 30 at.%, les résultats sont en bon accord avec les données d'équilibre. Lorsqu'on abaisse la température, la solubilitéà l'état solide d'Al dans Ni augmente et au-dessous de 500 K on n'observe pas la phase Ni 3Alα′ seule. Contrairement au cas de l'alliage massif, le paramètre réticulaire augmente linéairement de 3,520 Å pour le nickel pur à 3,560 Å pour 25 at.%Al. Pour des teneurs en Al supérieures à 30 at.%, l'aluminium et Ni 3Al-α′ coexistent avec NiAlβ′, alors que dans les alliages massifs, NiAlβ′ est la seule phase au-dessus de 40 at.%Al. La valeur du paramètre réticulaire montre que dans nos films minces NiAlβ′ se forme avec sa composition la plus stable de 52 at.%Al dans les films à 35 at.%Al. La formation de ces phases peut s'expliquer par la variation de la mobilité et de la migration des atomes déposés en fonction de la température et de la composition. Zur Untersuchung der die Phasenbildung während des Niederschlags aus der Gasphase kontrollierenden Mechanismen wurden Ni und Al (0–55At.-%) gemeinsam auf Substrate bei Temperaturen z