Application of surface analysis for characterization of metallurgical systems

The aim of this work is to investigate the metallurgical systems by using the surface characterization techniques: X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Auger Electron Spectroscopy (AES) and Scanning Photoemission Microscopy (SPEM) at the ELETTRA synchrotron (Trieste, Italy). By using this type of surface-sensitive techniques on metallurgical systems, it is possible to obtain the information on the materials chemical composition, stoichiometry, chemical states and electronic configuration of constituent elements and surface chemical maps. This work can be subdivided into three topics that are linked by the use of the same experimental techniques. These topics are the following: (i) comparison of two different low temperature carburizing treatments of the steel, (ii) micro-chemical investigation of tungsten thick coatings on AISI 420 martensitic stainless steel, (iii) study of micro-chemical inhomogeneity in eutectic Pb-Bi alloy quenched from melt. Thanks to the wide range of variety and flexibility of applications of XPS and AES, these techniques can be used for the investigation of various systems, such as metallurgical, composite materials, ceramics, etc. In future, the potential of surface analysis techniques will be explored for application in different metallurgical systems.

Lo scopo della presente tesi di dottorato è lo studio di vari sistemi metallurgici mediante l’utilizzo di tecniche di analisi della superficie: X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Auger Electron Spectroscopy (AES) and Scanning Photoemission Microscopy (SPEM). Mediante tali tecniche, è stato possibile ottenere informazioni sulla composizione chimica, stechiometria, stato di ossidazione e distribuzione laterale (mappe chimiche) degli elementi che compongono i campioni analizzati. Il lavoro è suddiviso in tre argomenti: (i) effetto dei due trattamenti di carbo-cementazione dell’acciao inossidabile a bassa temperatura; (ii) investigazione micro-chimica di rivestimenti spessi a base di tungsteno su un acciaio inossidabile martensitico AISI 420; (iii) studio della disomogeneità micro-chimica in una lega eutettica di Pb-Bi allo stato liquido. Grazie alla loro grande versatilità e flessibilità, le tecniche XPS e AES sono utilizzate per l’investigazione di materiali che trovano applicazione in vari campi tecnologici quali metallurgici, materiali compositi, ceramici, ecc. In futuro, il potenziale delle tecniche di analisi della superficie sarà esplorato per lo studio di differenti sistemi metallurgici.