Growth kinetics and pesting resistance of MoSi2 and germanium‐doped MoSi2 diffusion coatings grown by the pack cementation method

The rapid, destructive low-temperature oxidation (pesting) of MoSi2 is an important limitation to its practical use. The growth of molybdenum silicide diffusion coatings by a halide-activated pack cementation method results in an adherent superficial, salt by-product, whose composition depends on the halide activator used to grow the coating. As a consequence of the residual salt deposit, coatings grown by a NaF-activated pack did not pest after 2500 hours of isothermal oxidation or after cyclic oxidation for 600 1 hour cycles in air at 500°C. An additional minor improvement in the pesting resistance was observed for the germanium-doped MoSi2 Coatings. The growth kinetics for a three-layer Ge-doped Mo(Si, Ge)2/Mo5(Si, Ge)3/Mo3(Si, Ge) coating are compared with rates calculated for the diffusion-controlled growth of an undoped three-layer silicide and for three-layer germanide coatings. The activation energy for the solid-state diffusional growth of MoSi2 is the same as that for Mo(Si, Ge)2, but the growth rates for Mo(Si, Ge)2 are faster. The activation energies for the solid state diffusional growth of the inner Mo5(Si, Ge)3 and Mo3(Si, Ge) layers are similar to Mo5Ge3 and Mo3Ge, but the rates are slower. The chemical demixing of Mo(Si, Ge)2 under a chemical potential gradient creates a maximum in the Ge concentration at the Mo(Si, Ge)2/Mo5(Si, Ge)3 interface, which produces unusual growth kinetics for the Mo5(Si, Ge)3 and Mo3(Si, Ge) layers. Wachstumskinetik und Pesting-Widerstand von pulverzementationserzeugten MoSi2- und Germanium-dotierten MoSi2-Diffusionsschichten Die rasche, zerstorende Niedrigtemperaturoxidation (Pesting) von MoSi2 ist eine entscheidende Einschrankung fur die praktische Anwendung. Das Wachstum von MoSi2-Diffusionsschichten durch eine Halogenid-aktivierte Pulverzementationsmethode fuhrt zu einem anhaftenden, oberflachlichen Salzzwischenprodukt, dessen Zusammensetzung von dem fur das Wachstum der Schicht eingesetzten Halogenidaktivator abhangt. Als Folge der restlichen Salzablagerungen erfahren Schichten, die durch ein NaF-aktiviertes Pulver erzeugt wurden, nach 2500 Stunden isothermer Oxidation oder nach zyklischer Oxidation mit 600 1-Stunden-Zyklen an Luft bei 500°C keine Niedrigtemperaturoxidation. Eine zusatzliche geringfugige Verbesserung des Pesting-Widerstands wurde bei Germanium-dotierten MoSi2-Schichten beobachtet. Die Wachstumskinetik fur eine dreilagige Ge-dotierte Mo(Si, Ge)2/Mo5(Si, Ge)3/Mo3(Si, Ge)-Schicht wird mit Geschwindigkeiten verglichen, die fur diffusionskontrolliertes Wachstum von nicht dotierter dreilagiger Silicid- und dreilagiger Germanid-Schicht berechnet wurden. Die Aktivierungsenergie fur das Diffusionswachstum von MoSi2 im festen Zustand ist die gleiche wie die fur Mo(Si, Ge)2, aber die Wachstumsgeschwindigkeiten fur Mo(Si, Ge)2 sind schneller. Die Aktivierungsenergie fur das Diffusionswachstum im festen Zustand der inneren Mo5(Si, Ge)3- und Mo3(Si, Ge)-Schichten sind ahnlich denen von Mo5Ge3 und Mo3Ge, aber die Geschwindigkeiten sind langsamer. Die chemische Entmischung von Mo(Si, Ge)2 unter einem chemischen Potentialgradienten erzeugt ein Maximum der Ge-Konzentration an der Mo(Si, Ge)2/Mo5(Si, Ge)3-Phasengrenze, die unubliche Wachstumskinetik fur die Mo5(Si, Ge)3- und Mo3(Si, Ge)-Schichten bewirkt.