Влияние состава и термической истории на деформационное поведение и кластерные связи в модельных объемных металлических стеклах

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 17133 (2022) Цитировать эту статью

999 доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Исследованы композиционная зависимость и влияние состояния релаксации на деформационное поведение модельной системы объемных металлических стекол на основе Pt–Pd, в которой платина систематически замещается топологически эквивалентными атомами палладия. Твердость и модуль увеличиваются с увеличением содержания Pd, а также при отжиге ниже температуры стеклования. Снижение чувствительности к скорости деформации и увеличение длины зубцов наблюдаются при наноиндентировании с увеличением содержания Pd, а также с термической релаксацией. Микростолбиковое сжатие сплавов с различным соотношением Pt/Pd подтвердило большую склонность к локализации сдвига и хрупкому поведению сплавов с высоким содержанием Pd. На основе экспериментов по полному рассеянию синхротронного рентгеновского излучения предполагается корреляция между увеличением более жестких трехатомных кластерных связей и снижением чувствительности к скорости деформации как меры пластичности с содержанием Pd и термической историей.

Объемные металлические стекла (BMG) представляют собой относительно новый класс металлических материалов, которые в последние десятилетия привлекли значительное внимание в конструкционных применениях благодаря своим выдающимся механическим свойствам, таким как высокая прочность, большой предел упругости, отличная стойкость к облучению, износу и коррозии. стеклообразное состояние и термопластичность в переохлажденном жидком состоянии1,2,3,4. Однако ограниченная пластичность при комнатной температуре в нерасфасованном виде ограничивает их широкое использование5,6. Без дислокаций и границ зерен BMG демонстрируют совершенно другой механизм деформации по сравнению с обычными кристаллическими сплавами7. Пластическая деформация в металлических стеклах имеет тенденцию проявляться в виде сильно локализованных полос сдвига, что, в зависимости от режима нагрузки, может привести к катастрофическому разрушению8,9. Было предложено несколько различных подходов для повышения пластичности BMG путем изменения их химического состава и условий обработки, таких как изготовление матричных композитов BMG ex-situ и in-situ (BMGMC)10, удержание металлического покрытия11, термообработка12, ионное излучение13 и увеличение коэффициента Пуассона14. Эти исследования были направлены на контроль и манипулирование процессами зарождения и распространения полос сдвига. Холодная прокатка при комнатной температуре использовалась для увеличения собственной пластичности BMG за счет введения микроструктурных неоднородностей, приводящих к зарождению и разветвлению полос сдвига при деформации15. Композиты БМГ на основе титана с объемной долей стеклофазы в диапазоне 20–70% показали пластичность при растяжении ~5%, что сопоставимо с традиционными поликристаллическими титановыми сплавами10. В другом исследовании пластичность БМГ на основе Zr была улучшена за счет добавления квазикристаллов в стеклообразную матрицу16. В случае BMG Nd60Al10Ni10Cu20-xFex корректировка состава с добавлением Fe изменила поведение деформации с неоднородного на однородное пластическое течение17. Также сообщалось о влиянии скорости деформации и температуры на деформационное поведение различных BMG18,19,20,21,22,23,24. Однако существует мало исследований систематических рядов взаимосвязанных стеклообразующих сплавов20 и ограниченное понимание влияния химического состава и локальной атомной структуры на деформационное поведение BMG. Это имеет решающее значение для рационального проектирования новых классов BMG с превосходными механическими свойствами.

Образование стекла часто ограничивается узкой областью композиционного пространства металлических систем25. В случае жидкостей на основе Pd-P и Pt-P высокая стеклообразующая способность (GFA)26, сходство фазовых диаграмм27,28 и топологическая эквивалентность Pt и Pd29,30 делают их модельными сплавами для получения систематические ряды взаимосвязанных сплавов. Эта идея дополнительно подтверждается схожей температурной зависимостью равновесной вязкости (хрупкости) в глубоко переохлажденном жидком состоянии31,32,33,34. Однако их GFA различается в четыре раза35,36 и они имеют существенно разные энтропии слияния ΔSf31,34,37,38. Больший ΔSf и более быстро возрастающая теплоемкость при охлаждении жидкостей на основе Pt-P отличаются от жидкостей на основе Pd-P, что указывает на различные процессы атомного упорядочения при переохлаждении37,38. Высокий GFA жидкостей на основе Pd-P обусловлен чрезвычайно низкой движущей силой кристаллизации, тогда как жидкости на основе Pt-P стабилизируются за счет высокой межфазной энергии между жидкостью и кристаллом33,37, что указывает на уникальные структурные различия между двумя системами.