Rev. Phys. Appl. (Paris) 23, 1355-1360 (1988)
DOI: 10.1051/rphysap:019880023080135500

Ségrégation compétitive du soufre et du silicium sur la face (100) d'un alliage Fe-6%at. Si

M. Essouni, M. F. Boudjemaa et A. Mosser

I.P.C.M.S., Unité Mixte CNRS-ULP-EHICS n° 3800486, Groupe Surfaces-Interfaces, 4 rue Blaise Pascal, 67000 Strasbourg, France

Abstract
Sulphur and silicon surface segregation was studied by Auger spectroscopy between 1 023 K and 1 273 K on the (100) face of a Fe-6%at. Si single crystal. Sulphur segregation kinetics recorded at 1 023 K, 1 073 K and 1123 K showed that the bulk concentration of this element decreased from 3.3 to 2.6 p.p.m. at. due to ion etching of the sulphur covered surface. The variation of Si and S coverages at equilibrium showed that Si remains on the surface only above 1 123 K when the sulphur coverage decreases. This phenomenon was interpreted with Guttmann's model concerning ternary substitution solutions, taking into account repulsive interactions between Si and S as well at the surface as in the bulk. The repulsion energy between Si and S at the surface determined in such a way was : 75.2 kJ/mole and the sulphur segregation energy in the Fe-Si alloy was found equal to : 136 kJ/mole.

Résumé
La ségrégation du soufre et du silicium sur la face (100) d'un alliage monocristallin de Fe-6%at. Si a été étudiée par spectrométrie d'électron Auger, entre 1 023 K et 1 273 K. Les cinétiques de ségrégation du soufre ont été étudiées à 1 023 K, 1073 K et 1123 K et ont permis d'évaluer sa fraction atomique de volume à 3,3 ppm at. L'évolution à l'équilibre des taux de couverture du soufre et du silicium montre que le silicium ne reste en surface qu'au-delà de 1123 K lorsque la concentration du soufre en surface décroît. Ce phénomène a été interprété par le modèle de Guttmann relatif aux solutions ternaires de substitution en tenant compte d'une énergie d'interaction répulsive entre le soufre et le silicium en surface comme dans la matrice de fer. Les valeurs de l'énergie de ségrégation du soufre dans l'alliage Fe-6%at. Si et de l'énergie de répulsion en surface entre le soufre et le silicium ont été trouvées respectivement égales à 136 kJ/mole et 75,2 kJ/mole par ajustement des courbes expérimentales et théoriques.

PACS
6475 - Solubility, segregation, and mixing.

Key words
Auger effect -- iron alloys -- segregation -- silicon alloys -- sulphur -- surface diffusion -- S segregation energy -- Auger spectroscopy -- 100 face -- segregation kinetics -- bulk concentration -- ion etching -- Guttmann's model -- ternary substitution solutions -- repulsion energy -- 1073 K -- 1023 to 1273 K -- 1123 K -- S surface segregation -- Si surface segregation -- FeSi:S