Influence of cosegregation on grain boundary diffusion: Experimental study in ultra high purity FeNiSb solid solutions

We have studied the influence of cosegregation on grain boundary (G.B.) diffusion in FeSb and FeSbNi high purity solid solutions with radioactive tracers and Auger electron spectroscopy. Using these two techniques to measure respectively the grain boundary diffusivity and the G.B. composition, we were able to monitor the variations of the G.B. diffusion coefficients as a function of the G.B. chemical composition. We observe that antimony segregation (in FeSb) and antimony and nickel cosegregation (in FeNiSb) lead to a large decrease of the G.B. diffusion of the three species. This behavior is explained assuming a modification of the G.B. structure induced by the strong iron-antimony or nickel-antimony interactions. Iron and antimony G.B. diffusion coefficients are identical in Fe(Sb) and Fe(NiSb) when the G.B. concentration of antimony is the same: the presence of nickel just increases the G.B. antimony content. In ternary alloys the segregation of nickel excludes the iron atoms from the G.B. core. Adding nickel in pure iron strongly affects the antimony G.B. heterodiffusion. This clearly indicates that the dispersion observed in G.B. heterodiffusion measurements can be explained by cosegregation effects due to highly active impurities. Nous avons étudié au moyen de radioisotopes 59Fe, 63Ni, 124Sb, la diffusion intergranulaire des constituants de solutions solides de haute pureté Fe(Sb) et Fe(SbNi) dont la composition chimique des joints a déjà été caractérisée par spectrométrie d'électrons Auger. La ségrégation d'antimoine [dans Fe(Sb)] et la coségrégation d'antimoine et de nickel dans Fe(NiSb) induisent une diminution importante des coefficients de diffusion intergranulaire D gb pour les trois éléments. Cette diminution des coefficients D gb dans les alliages Fe(Sb) et Fe(NiSb) est expliquée par une modification de la structure des joints résultant des interactions fer-antimoine et nickel-antimoine. A teneur identique en antimoine au joint, D gb Fe et D gb Sb sont identiques dans Fe(Sb) et Fe(NiSb): la présence du nickel a pour seul effet d'augmenter la concentration intergranulaire en antimoine. Dans les solutions solides ternaires, la ségrégation du nickel s'effectue aux dépens du fer qui est au fur et à mesure exclu des joints de grains. Les résultats obtenus pour l'hétérodiffusion de l'antimoine dans le fer et les alliages fer-nickel permettent d'attribuer la dispersion des études d'hétérodiffusion, généralement observée dans la littératur