모델 벌크 금속 유리의 변형 거동 및 클러스터 연결에 대한 구성 및 열 이력의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17133(2022) 이 기사 인용

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백금이 위상적으로 동등한 팔라듐 원자로 체계적으로 대체되는 Pt-Pd 기반 벌크 금속 유리 모델 시스템의 변형 거동에 대한 조성 의존성과 이완 상태의 영향이 조사되었습니다. Pd 함량이 증가하고 유리 전이 온도 이하에서 어닐링됨에 따라 경도와 모듈러스가 증가했습니다. Pd 함량이 증가하고 열 이완이 발생함에 따라 나노 압입에서 변형률 민감도가 감소하고 톱니 길이가 증가하는 것이 관찰됩니다. 서로 다른 Pt/Pd 비율을 갖는 합금에 대한 마이크로 기둥 압축은 Pd가 풍부한 합금의 전단 위치화 및 취성 거동에 대한 더 큰 경향을 검증했습니다. 싱크로트론 X-선 방사선을 사용한 전체 산란 실험을 기반으로 Pd 함량 및 열 이력에 따른 연성의 척도로서 더 견고한 3원자 클러스터 연결의 증가와 변형률 민감도 감소 사이의 상관관계가 제안되었습니다.

벌크 금속 유리(BMG)는 고강도, 큰 탄성 한계, 우수한 조사, 마모 및 내식성과 같은 뛰어난 기계적 특성으로 인해 지난 수십 년 동안 구조적 응용 분야에서 상당한 주목을 받아온 상대적으로 새로운 종류의 금속 재료입니다. 과냉각 액체 상태의 유리 상태 및 열가소성 성형 능력. 그러나 벌크 형태의 실온에서 제한된 가소성으로 인해 광범위한 사용이 제한되었습니다5,6. 전위 및 결정립 경계가 없으면 BMG는 기존 결정질 합금에 비해 완전히 다른 변형 메커니즘을 나타냅니다. 금속 유리의 소성 변형은 고도로 국부적인 전단 밴드 형태로 발생하는 경향이 있으며, 이는 하중 모드에 따라 치명적인 파손을 초래할 수 있습니다8,9. BMG 매트릭스 복합재(BMGMC)10, 금속 코팅 감금11, 열처리12, 이온 방사선13, 및 포아송비 증가14. 이러한 연구는 전단밴드 핵생성 및 전파 과정을 제어하고 조작하는 것을 목표로 했습니다. 실온에서의 냉간 압연은 미세 구조적 불균일성을 도입하여 BMG의 고유한 소성을 증가시키는 데 활용되어 변형 시 전단 밴드의 핵 생성 및 분기로 이어집니다. 20-70% 범위의 유리상 부피 분율을 갖는 Ti 기반 BMG 복합재는 기존의 다결정 티타늄 합금10과 비교할 수 있는 ~5%의 인장 연성을 나타냈습니다. 또 다른 연구에서는 유리 매트릭스에 준결정을 추가하여 Zr 기반 BMG의 가소성이 향상되었습니다. Nd60Al10Ni10Cu20-xFex BMG의 경우, Fe 첨가에 따른 조성 조정은 변형 거동을 불균일에서 균질한 소성 흐름으로 변경했습니다. 다양한 BMG의 변형 거동에 대한 변형률 속도와 온도의 영향도 보고되었습니다. 그러나 상호 관련된 유리 형성 합금의 체계적 계열에 대한 연구는 거의 없으며 BMG의 변형 거동에 대한 화학 및 국부적 원자 구조의 영향에 대한 이해가 제한되어 있습니다. 이는 우수한 기계적 특성을 지닌 새로운 종류의 BMG를 합리적으로 설계하는 데 매우 중요합니다.

유리 형성은 종종 금속 시스템의 구성 공간에서 좁은 영역으로 제한됩니다. Pd-P 및 Pt-P 기반 액체의 경우 높은 유리 형성 능력(GFA)26, 상태 다이어그램의 유사성27,28, Pt와 Pd29,30의 위상학적 동등성으로 인해 모델 합금이 됩니다. 상호 관련된 합금의 체계적인 시리즈. 이 아이디어는 깊게 과냉각된 액체 상태에서 평형 점도(취약성)의 유사한 온도 의존성에 의해 더욱 뒷받침됩니다. 그러나 이들의 GFA는 4배만큼 다양하며 융합 엔트로피 ΔSf31,34,37,38가 상당히 다릅니다. Pt-P 기반 액체에 대한 냉각 시 더 큰 ΔSf와 더 빠르게 상승하는 열용량은 Pd-P 기반 액체의 열용량보다 두드러지며, 이는 과냉각시 다른 원자 순서 프로세스를 나타냅니다. Pd-P 기반 액체의 높은 GFA는 결정화를 위한 극도로 낮은 추진력에서 비롯되는 반면, Pt-P 기반 액체는 액체와 결정 사이의 높은 계면 에너지에 의해 안정화됩니다. 이는 독특한 구조적 차이를 나타냅니다. 두 시스템 사이.